Nature #583 (7815) + онлайны: солевые настройки, индейские дары и биологические часы

• Молекулярка. Протеостаз — сложный процесс взаимопревращения белков, цель которого — поддерживать баланс между сборкой и разрушением полипептидов. Особенно сложно контролировать агрегацию белков вне клетки, так как лишь немного шапероны и протеазы способны участвовать в этих процессах. Анализ внеклеточного протеостаза у нематод Caenorhabditis elegans позволил идентифицировать 57 ферментов — регуляторов внеклеточной агрегации. Часть из них связана с врожденным иммунитетом. Любопытно, что внеклеточный протеостаз активируется в ответ на вторжение патогенов, защищая клетки хозяина не только от токсинов, но и замедляя процессы старения. — Extracellular proteostasis prevents aggregation during pathogenic attack.
• Бактерии, CRISPR. Бактериальные токсины — один из любимых объектов исследований биологов, которые хотят найти новые способы редактирования генов. Например, группу токсинов из семейства цитидин-дезаминаз довольно широко используют для нацеливания на одноцепочечные нуклеиновые кислоты. А вот редактирование митохондриальной ДНК (мтДНК) с помощью таких дезаминаз ограничивается структурными особенностями молекулы, доступ к которой ограничен. Недавно американским исследователям удалось найти и описать особую дезаминазу DddA, которая обеспечивает точное манипулирование мтДНК для редактирования митохондриальных нарушений. — A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing, «Биомолекула»: «Новые друзья CRISPR/​CAS».
• Метаболизм, циркадные ритмы. Супрахиазматическое ядро мозга — главный центр биологических часов организма. Именно здесь генерируются циркадные ритмы и регулируется секреция вазопрессина — гормона, контролирующего уровень воды в тканях. В экспериментах на мышах выяснилось, что с помощью натрия, а точнее — благодаря гипертоническому солевому раствору, можно управлять физиологическими циркадными процессами. Повышенная концентрация соли через ГАМКергические сигнальные пути повышает двигательную активность и сдвигает биологические часы организма. — Sodium regulates clock time and output via an excitatory GABAergic pathway, «Биомолекула»: «Тик-так по-шведски. Нобелевская премия за циркадные ритмы».
• Антропология, древние люди. Древние связи между жителями Северной Америки и полинезийцами уже давно считаются спорным предметом для научных спекуляций. С одной стороны, в Полинезии обнаружены растения Нового Света — бататы и бутылочная тыква, которые могли оказаться здесь благодаря древним путешественникам. С другой стороны, сельскохозяйственные находки — лишь косвенное доказательство и не может служить надежным аргументом в вопросе антропогенеза. Исследовательской команде из США и Мексики удалось обнаружить более весомые подтверждения древних связей между индейцами и полинезийцами. Ключ скрывается в генах: сравнение геномов показало примесь индейской крови в останках древних жителей островов, а значит, жители восточной Полинезии контактировали с индейцами Тихоокеанского побережья. — Native American gene flow into Polynesia predating Easter Island settlement, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!»
• Молекулярка, вирус Зика. Болезнь Зика — лихорадка, которую вызывает одноименный вирус, ZIKV. Опасность этого вируса в том, что он довольно быстро размножается и может приводить к неврологическим расстройствам. Лекарства от этого вируса нет, поэтому исследователям остается досконально изучать структуру ZIKV. Недавно открылись новые подробности: убиквитинирование, то есть разрушение белковой оболочки вируса ускоряет проникновение вируса в клетки. Потенциальным способом лечения ZIKV могут стать моноклональные антитела, нацеленные на убиквитин и нейтрализующие вирусный патогенез. — Envelope protein ubiquitination drives entry and pathogenesis of Zika virus, «Биомолекула»: «Вирус Зика — глобальная угроза?»
• Генетика растений. Многие виды растений быстро адаптируются к разным экологическим условиям. Секрет их успеха — в генетической предрасположенности. Оказывается, экотип конкретного растения зашит в генах, вернее — на уровне адаптивных аллелей. Канадские биологи секвенировали геномы 1506 подсолнухов трех разных видов и выделили 37 «генетических семейств» — гаплотипов, которые определяют предпочтения растения к почве, составу микроэлементов и другим экологическим характеристикам. При этом гаплотипы отвечают не только за условия окружающей среды, но и контролируют время цветения у разных видов подсолнухов. — Massive haplotypes underlie ecotypic differentiation in sunflowers.
• Структурка. Ацетолактатсинтаза (AHAS, acetohydroxyacid synthase) — любопытный фермент, который катализирует начальные этапы биосинтеза аминокислот с разветвленной цепью у грибов и растений. Одновременно этот белок является мишенью почти для 50 коммерческих гербицидов, в связи с чем AHAS активно изучают агробиологи. В своей новой работе исследователи из Австралии продемонстрировали архитектуру белка AHAS в клетках дрожжей и арабидопсиса: комплексы AHAS образуют ядро, к которому примыкают димеры субъединиц. Вся эта структура внешне напоминает мальтийский крест, все части которого взаимодействуют друг с другом для обеспечения сигнальных путей. — Structures of fungal and plant acetohydroxyacid synthases.
• Экология, климат. Распашка земель — не обязательно предпосылка для локального экологического кризиса. Усовершенствованный подход к распашке земли, при котором целенаправленно выветриваются силикатные породы, может пойти на пользу. Например, силикатное выветривание потенциально снижает концентрацию углекислого газа в атмосфере и уменьшает закисление океана. Британские экологи разработали модель выветривания, чтобы оценить возможные перспективы направленной распашки полей. Выяснилось, что Китай, Индия, США и Бразилия обладают скрытыми возможностями для развертывания новой энергетической политики: целенаправленное выветривание промышленных силикатов в этих странах к 2050 году позволит удалить из атмосферы 0,5 — 2 гигатонны углекислого газа. — Potential for large-scale CO2 removal via enhanced rock weathering with croplands, «Биомолекула»: «Почва на страже жизни».

Science #369 (6500) + онлайны: пассивная активность, зеленый океан и челюстная эволюция

• Нейробиология, физиология. Спинномозговая жидкость заполняет канал спинного мозга, а также полости желудочков мозга и субарахноидальое пространство, контролируя метаболизм в нервной системе. Цереброспинальную жидкость продуцируют сосудистые хориоидные сплетения мозга, однако особенности этого процесса все еще неясны. Физиологи выделили образцы спинномозговой жидкости, чтобы смоделировать метаболические процессы в нервной системе. В результате ряда экспериментов удалось предсказать проницаемость мозговых сосудов для некоторых малых молекул — потенциальных терапевтических мишеней. — Human CNS barrier-forming organoids with cerebrospinal fluid production, Exploring the source of human brain fluids.
• Старение, физиология. Движение — это жизнь и долголетие, а тот, кто регулярно тренируется, сохраняет остроту ума до старости лет. А можно ли добиться такого же эффекта, оставаясь пассивным? Оказывается, да! Эксперименты на мышах показали: если перелить старому малоактивному животному плазму крови от молодого энергичного сородича, у реципиента улучшаются когнитивные функции и нейрогенез. Разгадка — в биохимических особенностях организма: фермент фосфолипаза D1, синтезируемый в печени, попадает в плазму крови и стимулирует благоприятные физиологические эффекты. «Закачивание» в кровоток мышей плазмы с фосфолипазой D1 приводит к таким же результатам, что и физическая тренировка. — Blood factors transfer beneficial effects of exercise on neurogenesis and cognition to the aged brain, Exercising your mind, «Биомолекула»: «Спецпроект: Старение и долголетие».
• Эмбриогенез, клеточная биология. Асцидии — морские обитатели, которые отличаются продвинутой клеточной воспроизводимостью. Анализ эмбрионов асцидий показал, что эмбриональные клеточные линии остаются неизменными в течение длительного времени. Более того, несмотря на быстрое расхождение геномов асцидий их эмбриональные клетки сохраняются у родственных видов. Причины этого связаны с асимметричным делением и клеточной «геометрией» у эмбрионов асцидий. — Contact area–dependent cell communication and the morphological invariance of ascidian embryogenesis, «Биомолекула»: «Такие разные стволовые клетки».
• Молекулярка, токсикология. Семейство рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR, G protein—coupled receptor) — перспективный предмет фармацевтических исследований. В этом направлении разрабатывают лекарства, нацеленные на GPCR. Примером могут служить мускариновые ацетилхолиновые рецепторы, которые опосредуют функции центральной и парасимпатической нервной системы. Анализ мускариновых токсинов, выделяемых змеями из рода мамб, и их взаимодействие с ацетилхолиновыми рецепторами показывает разную специфичность связывания. С помощью молекулярного инжиниринга удалось идентифицировать потенциальную мишень для связывания GPCR рецепторов с токсином. — Structure and selectivity engineering of the M1 muscarinic receptor toxin complex, «Биомолекула»: «Аллостерические регуляторы GPCR: ключи от всех замков».
• Биология моря. За последние десятилетия биомасса фитопланктона в северных водах увеличилась в несколько раз. Причиной тому — глобальное потепление и постепенное прогревание вод Северного Ледовитого океана, а также увеличение продолжительности вегетационного периода. Американские экологи проанализировали этот эффект и обнаружили, что за последние десять лет концентрация фитопланктона возросла в первую очередь из-за изменения условий в самом океане, а именно — в связи с обогащением океанских вод питательными веществами. — Changes in phytoplankton concentration now drive increased Arctic Ocean primary production, «Биомолекула»: «Кто на самом деле крутит углеродное колесо».
• Молекулярная генетика. Миссенс-мутации — точечные генетические изменения, при которых кодон начинает кодировать другую аминокислоту. В некоторых случаях изучение миссенс-мутаций помогает в терапевтических целях. Например, в результате анализа геномов пяти пациентов из неродственных семей выяснилась роль белка WRC HEM1. Миссенс вариант этого гена приводит к инфекциям, аллергическим реакциям и аутоиммунным расстройствам. Это связано с тем, что в норме HEM1 регулирует высвобождение кортикального актина и запускает активацию Т-клеток, снимая инфекционные последствия. — HEM1 deficiency disrupts mTORC2 and F-actin control in inherited immunodysregulatory disease.
• Палеонтология, эволюция. Развитие челюстного ряда у древних позвоночных все еще покрыто тайной. Традиционно считалось, что зубы впервые появились у доисторических рыб артродир. При этом непонятно, как эволюционировали челюсти у других позвоночных. Международная команда биологов искала ответ на этот вопрос среди еще более древней группы рыб — акантоторацидов. Рентгеновский анализ останков одной из таких рыб показал, что механизм развития зубных рядов акантоторацидов напоминает формирование зубов у современных акул и чем-то похожи на челюсти человека: образуются со стороны языка и сидят по краям челюсти. — Marginal dentition and multiple dermal jawbones as the ancestral condition of jawed vertebrates.