Партнер дайджеста — Университет «Сириус»

Университет «Сириус» — это качественно новый подход к образованию и научно-исследовательской деятельности. В нем нет привычных факультетов и кафедр, ядро университета составляют Научные центры по приоритетным для России направлениям, которые возглавляют ученые с мировым именем.

Биохимия

Митохондрии в кольце

Первая в нашем дайджесте — статья, ставшая выбором редактора Science Signaling, хоть и была опубликована в не менее уважаемом журнале Molecular Cell. Гексокиназа 1 (ГК1) — фермент, который превращает глюкозу в глюкозо-6-фосфат, продукт, необходимый для дальнейшего включения глюкозы в метаболические пути клетки. ГК1 связана с внешней мембраной митохондрий, органеллой, отвечающей за энергетическое обеспечение клетки. Pilic и соавторам удалось установить новую, некаталитическую функцию ГК1 и описать механизм адаптации митохондрий к энергетическому стрессу. Энергетический стресс, т.е. нехватка АТФ вследствие дефицита глюкозы в клетке, вызывал образование кольцевых структур ГК1 вокруг митохондрий. При этом добавление глюкозы, АТФ или продукта гексокиназной реакции, глюкозо-6-фосфата, привело к исчезновению подобных кольцевых структур. Образование гексокиназных колец приводило к подавлению деления митохондрий. А мутация в гексокиназном сайте связывания АТФ предотвращала образование колец вокруг митохондрий. Кроме того, в условиях дефицита глюкозы, активность ГК1 дикого типа привела к усилению цикла трикарбоновых кислот, повышению потребления кислорода и закислению внеклеточной среды в культуре клеток HeLa, тогда как в случае мутантного ГК1 таких эффектов показано не было. Таким образом, обнаруженная некаталитическая активность ГК1 помогает «перенастроить» метаболизм клетки в условиях дефицита энергии. — Ring around the mitochondria, Hexokinase 1 forms rings that regulate mitochondrial fission during energy stress, «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий».

Нейробиология

Особенности формирования памяти: что пластичность хроматина говорит о качестве нейронов?

Изучение механизмов памяти многие десятилетия занимает умы самых выдающихся нейробиологов. Несмотря на то, что теперь мы знаем об этом процессе достаточно много, до сих пор остается неясным, каким образом происходит отбор нейронов для формирования энграммы памяти, то есть физической основы, сохраняющей воспоминания. Группе швейцарских ученых Santoni и соавторам удалось показать, что только небольшое количество нейронов в определенных участках мозга могут использоваться для формирования памяти, и пригодность этих клеток может зависеть от пластичности хроматина. События, которые происходят с хроматином в онтогенезе, процессы ацетилирования и деацетилирования, играют важную роль в формировании эпигенетических механизмов регуляции экспрессии генов. Оказалось, что подобные механизмы работают и при формировании памяти. Изучая латеральную миндалину у мышей, играющую ключевую роль в формировании ассоциативной памяти, исследователи показали, что в формировании памяти преимущественно участвовали нейроны, отличающиеся гиперацетилированным хроматином. Для того, чтобы подтвердить свою гипотезу, авторы работы стимулировали гиперэкспрессию гистонацетилтрансферазы (HAT), фермента, отвечающего за формирование этой модификации хроматина. Параллельно с этим, мышей с гиперэкспрессией HAT подвергали формированию условного рефлекса. Удалось показать, что усиление ацетилирования стимулировало рекрутирование нейронов в формирование памяти, что вызывало усиление памяти у мышей, тогда как подавление гиперацетилированных нейронов, наоборот, снижало запоминание. Эти результаты указывают на то, что эпигенетические свойства хроматина в ядре нейрона определяют его пригодность для хранения усвоенной информации. — Chromatin plasticity predetermines neuronal eligibility for memory trace formation, «Биомолекула»: «Технологии изучения клеточных механизмов памяти», «Ядро и эпигеном».

Предсказательная способность позитронно-эмиссионной томографии при разных формах таупатий

Нейродегенеративные заболевания представляют собой целую группу разнообразных патологий, которые уже не ограничиваются только болезнями Паркинсона или Альцгеймера (БА). Одна из групп нейродегенераций — это таупатии, заболевания, связанные с накоплением и агрегированием тау-белка, что ведет к массовой гибели нейронов (сюда включают и БА). Возраст-ассоциированная первичная таупатия (PART) — одно из недавно выделенных заболеваний, в связи с чем наблюдается острый недостаток информации для диагностики этого вида нейродегенерации. Для диагностики таупатий используют позитронно-эмиссионную томографию с использованием флортауципира (тау ПЭТ), препарата, который связывается с тау-белком и позволяет визуализировать скопление нейрофибриллярных клубков. Авторы статьи сравнили тау ПЭТ 249 пациентов с результатами их посмертной аутопсии, то есть патанатомическом исследовании тканей мозга, и изучили связь между развитием PART и формированием β-амилоида, характерного для БА. Исследователи показали, что поглощение флортауципира усиливалось при накоплении тау-белка в разных участках мозга, и наибольшее поглощение наблюдалось при обширных нейропатологических изменениях на фоне БА, но имели лишь ограниченную способность для обнаружения PART, диагностированного в результате аутопсии. Таким образом, пространственное распределение флортауципира отражает реальное накопление тау-белка и коррелирует с образованием β-амилоида, а полученные результаты помогают лучше понять различия между разными типами таупатий. — Flortaucipir PET uncovers relationships between tau and amyloid-β in primary age–related tauopathy and Alzheimer’s disease, «Биомолекула»: «Заговор с целью нейродегенерации: бета-амилоид и тау-белок», «Нейродегенерации, или Массовые вымирания нейронов».

Вирусология

Немец стал седьмым пациентом, вылеченным от ВИЧ

Вирус приобретенного иммунодефицита (ВИЧ) на данный момент поражает более 40 миллионов людей по всему миру. И до сих пор борьба с коварным вирусом остается очень сложной задачей. В журнале Nature на этой неделе опубликовали заметку о мужчине, получившем новый вариант терапии стволовыми клетками, которые помогли ему избавиться от вируса и обеспечили отсутствие вирусной экспрессии в анализе в последние шесть лет. Первым человеком, у которого обнаружили отсутствие ВИЧ после трансплантации костного мозга для лечения рака крови, был Тимоти Рэй Браун, известный как берлинский пациент. Браун и несколько других пациентов получили специальные донорские стволовые клетки, которые несли мутации в гене, кодирующем CCR5, один из многочисленных рецепторов хемокинов, которые ВИЧ использует для проникновения в клетку лимфоцитов. Поэтому CCR5 уже достаточно долгое время используется как мишень для разработки лекарственных препаратов против ВИЧ. Однако, если Браун получил стволовые клетки, в которых мутации были в обеих аллелях гена CCR5, то последний случай выздоровления произошел при пересадке клеток, в которых мутация была только в одном аллеле, то есть экспрессия CCR5 сохранялась, хоть и на сниженном уровне. Подобный случай вселяет большую надежду в исследователей и врачей, поскольку это, с одной стороны, сильно расширяет возможности для поиска доноров для пересадки костного мозга, а с другой стороны — демонстрирует, что победу над вирусом можно достичь, постепенно сужая резервуар его распространения, комбинируя пересадку костного мозга с другими типами терапии. — Seventh patient ‘cured’ of HIV: why scientists are excited, «Биомолекула»: «Победа над ВИЧ: смертельная лотерея со счастливым концом», «Жизненный цикл ВИЧ», «ВИЧ. Новая надежда».

Микробиология

Недостаток питания и гидратации повышает шанс смертности от внутрибольничных инфекций

Обезвоживание и недостаток питания (DWR) может быть одной из проблем, которые подстерегают пациентов в больнице во время лечения. Человек, который находится в постоперационном периоде или восстанавливается после тяжелой болезни, должен получать усиленное питание и гидратацию, что сложно полноценно обеспечить в больничных условиях. Группа американских исследователей Lacey и соавторы изучила влияние DWR на восприимчивость пациентов к бактериям, устойчивым к антибиотикам, которые широко распространены в лечебных учреждениях и являются причиной смерти десятков тысяч людей каждый год. Бактерии, устойчивые к разным классам антибиотических препаратов частно называют супербактериями, и наиболее часто речь идет о шести патогенах, которых обозначают аббревиатурой ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter). Авторы провели исследование, используя мышей, инфицированных метициллинрезистентным золотистым стафиллококком (Methicillin-resistant S. aureus, MRSA) и показали, что DWR вызывает значительное повышение смертности, а также повышенную бактериальную нагрузку и увеличение числа фагоцитов в почках. Исследователи предполагают, что DWR снижает способность иммунных клеток макрофагов фагоцитировать клетки патогенов. Таким образом, данная работа подчеркивает важность питания и гидратации для защиты пациентов от внутрибольничных инфекций. — Dietary and water restriction leads to increased susceptibility to antimicrobial resistant pathogens.

Трансплантология

Плюрипотентные стволовые клетки смогли превратиться в гепатоциты и вылечить цирроз печени

Нехватка донорских органов является серьезной проблемой, а в очередях на пересадку каждый год стоят сотни тысяч людей по всему миру. Человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC) обладают огромным потенциалом для превращения в любые клетки, которые могут быть использованы для формирования органоидов — искусственных органов, выращенных с помощью методов клеточной инженерии. Группа Tadokoro уже имеет значительный задел по использованию hiPSC для формирования зачатков печени, которые демонстрировали васкуляризацию в моделях in vivo на мышах, и улучшали выживаемость в модели подострой печеночной недостаточности. В данной работе исследователи пошли дальше и сформировали полноценный органоид печени человека, который повторяет печень плода в середине беременности и способствует восстановлению печени при трансплантации на поверхность печени «хозяина» в моделях химического фиброза, тем самым восстанавливая функцию печени. Авторами было показано образование в органоиде статических межклеточных взаимодействий, сложных структур, таких как сосудистая сеть и желчные протоки после трансплантации. Использование органоидов из hiPSC позволяет выращивать крупную человеческую ткань, пригодную для трансплантации. Формирование органоидов из плюрипотентных клеток, источником которых являются клетки и ткани эмбрионального происхождения, позволяет сформировать ткани печени, более подходящие для трансплантации, чем ткани печени взрослого человека. Результаты работы Tadokoro показывают, что органоиды печени из hiPSC являются перспективным терапевтическим подходом для лечения болезней печени. — Human iPSC–liver organoid transplantation reduces fibrosis through immunomodulation, «Биомолекула»: «„Резервный“ механизм восстановления печени».

Экология

Невероятный симбиоз глубоководного трубчатого червя

Вестиментиферовые трубчатые черви (Siboglinidae и Polychaeta) обитают в глубоководных хемосинтетических системах, где нет света и не так много источников готовых питательных веществ. У этих организмов нет рта и пищеварительной системы, а для питания они используют гаммапротеобактерий, окисляющих соединения серы и выступающих в качестве их эндосимбионтов. Эндосимбионты размещены в специализированном органе, называемом трофосомой, который состоит из многочисленных долек, похожих на доли печени позвоночных. Трофосома располагается глубоко внутри туловища трубчатого червя и не имеет прямого контакта с окружающей средой. Группа исследователей из Китая (Wang и соавторы) задались вопросом, каким образом трубчатые черви, обитающие в Южно-Китайском море, обеспечивают доступ кислорода к трофосоме и как осуществляют экскрецию отходов жизнедеятельности. Авторы исследования применили метод in situ фиксации отдельных клеток для того, чтобы изучить особенности метаболизма холодноводного червя Paraescarpia echinospica. Анализ single-cell RNA, помогающий изучить транскриптом отдельных клеток, который применили как к клеткам трофосомы, так и эндосимбионта, позволил установить, что трубчатый червь поддерживает две различные метаболические «микрониши» в трофосоме, контролируя доступность хемосинтетических газов и метаболитов, что приводит к оксигенированным и гипоксическим условиям. В первой, оксигенированной «нише» эндосимбионты автотрофно фиксируют углерод и перевариваются клетками трофосомы для получения готовых органических веществ, а во второй, гипоксической «нише» происходит анаэробная денитрификация, которая помогает клеткам хозяина избавиться от избытка аммиака. Таким образом, данное исследование проливает свет на особенности молекулярных взаимодействиях между животными и их симбиотическими микроорганизмами. — Single-cell RNA-seq reveals distinct metabolic “microniches” and close host-symbiont interactions in deep-sea chemosynthetic tubeworm.