Молекулярка

This is molecular SPARTA!

Белки с необычным названием Argonautes известны нам как белки, участвующие в РНК-интерференции. Они связывают интерферирующие молекулы РНК и уничтожают комплементарные им молекулы мРНК. Помимо таких белков семейства Ago, в прокариотических клетках находятся короткие прокариотические Agos, лишенные нуклеазной активности. Они гидролизуют NAD(P) + , вызывая гибель бактериальных клеток. Активация одного из таких белков — SPARTA — была детально изучена и описана в новом выпуске Nature. Оказывается, SPARTA должен пройти через несколько «ступенек» олигомеризации: от мономерного состояния до двух состояний, связанных с димерной РНК/ДНК, к активному состоянию, связанному с тетрамерной РНК/ДНК. — Oligomerization-mediated activation of a short prokaryotic Argonaute, «Биомолекула»: «Кодирующие некодирующие РНК», «Обо всех РНК на свете, больших и малых».

Разделяй с помощью белковых модулей и властвуй

Часто бактерии в биосфере содержат в себе множество профагов, то есть являются полилизогенными. Профаги — или бактериальные вирусы фаги, находящиеся в состоянии покоя, — могут вступать в литический цикл и, используя ресурсы клетки-хозяина, производить вирусные частицы. Предполагается, что механизм перехода выхода профагов из неактивного состояния запускается агентами, повреждающими ДНК. Однако как совместно «проживающие» в клетке профаги конкурируют за клеточные ресурсы, если они реагируют на одинаковый триггер? На этот вопрос помогли ответить исследователи в новой статье в Nature. Оказывается, существуют регуляторные модули, которые контролируют индукцию профагов независимо от сигнала повреждения ДНК. Они содержат фактор транскрипции, который активирует экспрессию соседнего гена, кодирующего небольшой белок. Небольшой белок инактивирует главный репрессор лизиса, что приводит к индукции только того фага, который чувствителен к сигналу. — Small protein modules dictate prophage fates during polylysogeny, «Биомолекула»: «Бактериофаги».

Секреты регенерации от амфибий

Вы когда-нибудь задумывались, почему ампутированные конечности не могут регенерировать, словно хвост ящерицы? Загадке регенерации посвящено и следующее исследование, опубликованное в новом выпуске научного медиагиганта. На примере регенерации конечностей у аксолотля исследователи продемонстрировали, что в ответ на повреждение сотни транскриптов избирательно активируются на уровне трансляции с ранее существовавших матричных РНК. Ученые обнаружили ключевой путь mTORC1, который опосредует регенерацию тканей и контроль трансляции у аксолотлей. Уникальные последовательности белка mTOR у земноводных создают «сверхчувствительную» киназу, которая и позволяет поддерживать этот путь всегда готовым для быстрой активации. — Evolutionarily divergent mTOR remodels translatome for tissue regeneration, «Биомолекула»: «Регенерация на кончиках пальцев».

Генная инженерия in vivo

Так как стволовые клетки костного мозга являются источником всех гемопоэтических клеток в организме, важность процедуры трансплантации костного мозга для пациентов с заболеваниями крови сложно переоценить. Однако ученые разработали стратегию, которая поможет избежать сложной процедуры трансплантации: перепрограммирование собственных клеток костного мозга пациента с помощью РНК-мессенджеров через липидные наночастицы, функционально связанные с антителами, которые нацелены на клетки-мишени. — In vivo hematopoietic stem cell modification by mRNA delivery, A step toward stem cell engineering in vivo.

«Пролить свет» на синтез неканонических аминокислот

Многие ферменты могут «перевыполнять» свои естественные химические процессы, когда они соединяются с реактивными субстратами. Разработка таких реакций — важная задача биокатализа. На страницах Science было опубликовано исследование, в котором рассказывается о новом подходе, который позволяет производить ряд неканонических аминокислотных продуктов. Исследователи предлагают механизм, в котором радикал, генерируемый фотокатализатором, «перехватывает» промежуточный продукт в цикле реакций, частично параллельном естественной реакции. — Stereoselective amino acid synthesis by synergistic photoredox-pyridoxal radical biocatalysis, «Биомолекула»: «Такие разные стволовые клетки», «Была клетка простая, стала стволовая», «Ствол и ветки: стволовые клетки».

Технологии в биологии

«Маленькое, да удаленькое» — устройство для обнаружения биомаркеров in situ

Новая разработка, о которой рассказывается на страницах Nature, призвана помочь в диагностике воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта. Дело в том, что ключевые молекулы-сигналы и молекулы-медиаторы таких заболеваний трудно обнаружить из-за их высокой реакционной способности и короткого времени жизни в организме. Однако исследователи разработали крошечное устройство на основе модифицированных пробиотических биосенсоров с фотодетектором для отслеживания этих молекул в желудочно-кишечном тракте. Ученым удалось «закодировать» бактерии на биосенсоре так, чтобы они реагировали на молекулы, связанные с воспалением, производя люминесценцию. Затем свет преобразуется в беспроводной сигнал. Все компоненты этой сложной системы удалось собрать в капсулу объемом всего 1,4 см, и она уже показала свою эффективность на животных моделях. — Sub-1.4 cm3 capsule for detecting labile inflammatory biomarkers in situ, «Биомолекула»: «Микрофлюидный биосенсор на основе Helicobacter pylori: может ли патоген приносить пользу?».

Машинное обучение в белковой коэволюции

Не секрет, что белок-белковые взаимодействия отвечают за большинство самых важных процессов в организме. Взаимодействующие белки совместно эволюционируют на протяжении тысячелетий — процесс, который носит название «коэволюция». Анализ этого процесса полезен для предсказания структуры белка, а более глубокое понимание механизмов может помочь улучшить предсказание взаимодействий между белками. Исследователи разработали такую систему in vitro для совместной эволюции двух белков с использованием подходов «библиотека на библиотеке», которая может служить платформой для имитации естественной коэволюции. — Deploying synthetic coevolution and machine learning to engineer protein-protein interactions, «Биомолекула»: «Конструкторское бюро белков».

Онкология

«Перепрограммирование» рака для активации апоптоза

Для многих видов рака нам хорошо известны гены, отвечающие за пролиферацию, инвазию, метастазирование опухолевых клеток, — так называемые «драйверы» рака. Нам также известны и пути апоптоза, которые уничтожают клетки на благо организма. Что будет, если «сложить» их вместе? Исследователи, опубликовавшие свою работу в Nature, разработали небольшие молекулы TCIP, которые с одной стороны связываются со специфическим транскрипционным или эпигенетическим регулятором, вызывающим рак; с другой стороны, фактор транскрипции связывается с целевым терапевтическим геном. Ученые успешно продемонстрировали эффективность TCIP в лечении диффузной крупноклеточной В-клеточной лимфомы. — Rewiring cancer drivers to activate apoptosis, «Биомолекула»: «Апоптоз, или Путь самурая».

Эволюция рака молочной железы

Мы относительно мало знаем о том, какие события и в каком порядке происходят до того, как мутировавшая клетка в конечном итоге развивается в рак молочной железы. Статья, опубликованная на страницах нового выпуска Nature, рассказывает о том, как происходит этот процесс: при раке der(1;16)(+) производная хромосома была приобретена в период от раннего полового созревания до позднего подросткового возраста. К 30 годам у пациента произошло появление клетки-предшественника, от которой развились как раковые, так и нераковые клоны. Заменив ранее существовавший эпителий молочной железы в последующие годы, эти клоны заняли большую площадь к моменту постановки диагноза. Кроме того, множество раковых клонов появились независимо от нераковых клеток-предшественников, что способствует внутриопухолевой гетерогенности. — Evolutionary histories of breast cancer and related clones, «Биомолекула»: «Порочный цикл: от рака молочной железы до костных метастазов».

Нейробиология

Нейронная основа защиты от голодания

Наш организм оснащен целым арсеналом адаптаций на случай выживания. Например, активация оси гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая (ГГН) запускается в случае голодания и спасает организм от гипогликемии повышением уровня гормона надпочечников, кортизола, в крови. Исследователями, опубликовавшими работу в Nature, была проведена большая работа по изучению механизмов активации этой системы. Они показали, что нейроны AgRP, отвечающие за чувство голода, активируют нижестоящие нейроны посредством пресинаптического ингибирования ГАМКергических афферентов. Ранее этот механизм для AgRP-нейронов не был описан. Примечательно, что стимуляция оси ГГН нейронами AgRP не зависит от индукции ими чувства голода, что показывает, что эти канонические «нейроны голода» управляют множеством различных адаптаций к состоянию голодания. — Neural basis for fasting activation of the hypothalamic–pituitary–adrenal axis.

Тау-защита

Известная широкому кругу читателей болезнь Альцгеймера, а также ряд других деменций, связаны с неправильной укладкой тау-белка. При этих заболеваниях тау превращается в нерастворимые агрегаты, накапливающиеся в клетках. Исследователи, опубликовавшие работу на страницах Science, проанализировали ряд белков, способных «помешать» неправильному сворачиванию тау. Среди них TRIM11 был способен поддерживать тау в его функциональной растворимой форме. Более того, именно этот белок появляется в головном мозге при болезни Альцгеймера, а аденоассоциированная доставка TRIM11 обеспечивала защиту от патологии тау, снижения когнитивных функций и двигательных дефектов на мышиных моделях таутопатий. — TRIM11 protects against tauopathies and is down-regulated in Alzheimer’s disease, Trimming away tau in neurodegeneration, «Биомолекула»: «Заговор с целью нейродегенерации: бета-амилоид и тау-белок», «Болезнь Альцгеймера: ген, от которого я без ума».

Мультииннервация клеток Пуркинье

Клетки Пуркинье — нейроны коры мозжечка, единственные «выходные» нейроны коры мозжечка. Принято считать, что одна клетка Пуркинье получает один сигнал от одного лиановидного волокна; однако, похоже, это не совсем так. В своей новой работе, опубликованной в Science, исследователи обнаружили, что большинство клеток Пуркинье в мозжечке взрослого человека получают множественные сигналы лиановидных волокон. Эти результаты показывают, что существует большее анатомическое и функциональное разнообразие клеток Пуркинье, чем традиционно предполагалось. — Climbing fiber multi-innervation of mouse Purkinje dendrites with arborization common to human.

Структурка

Структура переносчиков липидов микобактерий

Чтобы проникнуть внутрь макрофагов и вызвать туберкулез, бактерии Mycobacterium tuberculosis необходимо поглощать питательные вещества клетки-хозяина. Белки входа в клетку млекопитающих (MCE) обеспечивают транспорт веществ через непроницаемую оболочку микобактериальной клетки. В новом выпуске Nature исследователи сообщают о структуре криоэлектронной микроскопии Mce1 Mycobacterium smegmatis — непатогенного родственника M. tuberculosis. Белки Mce1 собираются и формируют удлиненный транспортный комплекс. В комплексе Mce1 преобладает изогнутый игольчатый домен, который создает защищенный гидрофобный путь для транспорта липидов через периплазму. — Structure of an endogenous mycobacterial MCE lipid transporter, «Биомолекула»: «Туберкулез: роковая история коварной болезни».

Физиология

Кто такие «маммокины» и как они влияют на термогенез

Во время холода адипоциты увеличивают термогенез за счет экспрессии митохондриального белка UCP1. Однако способность адипоцитов к экспрессии UCP1 зависит от многих факторов. В своей новой работе исследователи выяснили, что эпителиальные клетки протоков молочной железы регулируют индуцированную холодом экспрессию UCP1 в подкожной белой жировой ткани самок мышей. Оказывается, железистый просветный эпителий, который контактирует с симпатическим нервом, экспрессирует транскрипты, которые кодируют секреторные факторы, контролирующие экспрессию UCP1 адипоцитов, — исследователи назвали их «маммокинами». Кстати, примечательно, что экспрессия UCP1 уже изучалась ранее, но на мужской жировой ткани, где отсутствуют эпителиальные клетки протоков молочной железы. — Mammary duct luminal epithelium controls adipocyte thermogenic programme.

Экология

Мальчик и девочка, меняющие климат

Экологам хорошо известны явления, называющиеся «Эль-Ниньо» («мальчик» в переводе с испанского) и «Ла-Нинья» (соответственно, «девочка»). Эти термины означают краткосрочное повышение и понижение температуры поверхностного слоя воды Тихого океана в его тропической части соответственно. В целом, приход «мальчика» приводит более теплому и более влажному климату, а «девочка» делает регион суше и холодней. Ла-Нинья, длящаяся более одного года, чревата аномальным холодом и последствиями для сельского хозяйства и экосистемы. Исследователям удалось спрогнозировать повышенную частоту Ла-Нинья при высоком уровне выбросов. Оказывается, парниковые газы создают условия, способствующие сохранению холодных аномалий первого года Ла-Нинья в течение второго года. — Increased occurrences of consecutive La Niña events under global warming.

Эволюция

Родословная по ДНК

Можно ли изучать демографическую структуру и родословные доисторических обществ? Оказывается, сейчас это возможно путем изучения биологических останков и изотопной структуры ДНК. Одно из исследований в этой области было опубликовано на страницах Nature на прошедшей неделе: ученые изучили биологический материал 100 человек из городища Гурги-ле-Нуаза (Франция), датируемых западноевропейским неолитом около 4850–4500 гг. до н.э. Им удалось выяснить, что сообщество было генетически связано двумя основными родословными, охватывающими семь поколений, изучить демографическую структуру и родственные связи, социальную структуру и даже условия жизни: в сообществе существовали стабильные условия здоровья и поддерживающая социальная сеть, способствовавшая высокой рождаемости и низкой смертности. — Extensive pedigrees reveal the social organization of a Neolithic community, «Биомолекула»: «Антропология и археология в криминалистике».