Дайджест вышел при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках инициативы «Десятилетие науки и технологий».

---

Министерство образования России активно содействует популяризации науки, поддерживает молодых исследователей и формирует передовую инфраструктуру для отечественных институтов и университетов.

---

«Десятилетие науки и технологий» — это масштабная государственная инициатива в России, проводимая с 2022 по 2031 год. Проект включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий. Все они направлены на усиление роли науки и технологий в решении важнейших задач развития общества и страны.

Нейробиология

Как отсрочить и вовремя определить деменцию

В этом месяце медицинские и научные работники, занимающиеся вопросом возникновения деменции, ожидают новые рекомендации ВОЗ по снижению риска ее возникновения. В журнале Nature обсуждается, как именно изменение образа жизни может отложить или даже отменить развитие этого заболевания. Согласно оценке 2024 года, сделанной комиссией журнала Lancet, около 45% случаев деменции можно предотвратить за счет снижения таких факторов риска, как нездоровый образ жизни, низкое образование, отсутствие социализации и др. Однако не все факторы поддаются контролю — например, доступ к чистому воздуху или генетическая предрасположенность. Кроме того, не все виды деменции одинаковы. Именно поэтому поиск способов, которые помогут спрогнозировать высокий или низкий риск развития заболевания, критически важен — это позволит внедрить более индивидуальный подход к каждому пациенту.

Поэтому, вероятно, Nature и пишет об исследовании, вышедшем в журнале Science Advances, которое может пролить свет на этот вопрос. Цитокин GDF15 — молекулярный фактор риска деменции. Международная группа исследователей изучила потенциал этого цитокина как биомаркера и драйвера этого заболевания. Они показали, что у людей с высоким риском васкулярной деменции уровень GDF15 в плазме был высоким за 15–25 лет до ее развития. При этом, он не прогнозирует другие виды деменции, в частности, болезнь Альцгеймера. Циркулирующий GDF15 влияет на работу иммунных клеток, приводя к долгосрочному повреждению сосудов нервной системы и нейровоспалению. Основные механизмы этого — снижение антивирусного ответа, снижение уровня белков, которые ответственны за метаболизм свободного гема, что приводит к высокому уровню свободных радикалов. Важно, что уровень GDF15 в плазме крови коррелирует с уровнем этого белка в спинномозговой жидкости. А это значит, что его можно использовать для неизвазивной ранней диагностики. Возможно, именно таким пациентам могут быть рекомендованы более строгие критерии контроля образа жизни для того, чтобы максимально отсрочить возникновение болезни. — Plasma GDF15 affects long-term dementia risk and alters neuroimmune signaling, «Биомолекула»: «Уйти на профилактику: деменция как предотвращаемое заболевание».

Эволюционная биология

Как цихлиды учились по-разному питаться

Цихлиды — одно из самых разнообразных семейств рыб и уникальный объект изучения для эволюционных биологов. В больших африканских озерах (таких как Танганьика, Малави, Виктория) обитает огромное количество их видов, которые образовались из весьма скромного первоначального набора видов цихлид. Каждый из видов занимает свою нишу, в том числе и в питании. Это привело к развитию разнообразия ротовых аппаратов, а также другим изменениям в морфологии и генетике.

Исследователи из Швейцарии задались вопросом: как в процессе образования новых видов изменялся кишечник. Они использовали транскриптомный анализ отдельных клеток у 24 видов цихлид из озера Танганьика: всеядных, хищных (питающихся беспозвоночными или другими рыбами), питающихся растениями и водорослями, а также узкоспециализированных, которые питаются чешуей других рыб. Авторы обнаружили множество особенностей, которые различают кишечники этих групп. У растительноядных видов преобладают секреторные клетки, которые нужны для поддержки переваривания жестких водорослей. У хищников и питающихся чешуей рыб больше энтероцитов переднего отдела кишечника, которые ответственны за адсорбцию. Эти клетки показывают наибольший уровень эволюционных изменений.

Таким образом, адаптация к различным условиям, безусловно, затрагивает и внутренние процессы организма. Вот почему новые технологии, такие как транскриптомика одиночных клеток, помогут лучше осознавать особенности физиологии. — Adaptive cellular evolution in the intestine of hyperdiverse cichlid fishes, «Биомолекула»: «Почему в Рязани грибы с глазами?».

Как жить на высоте: уроки самого высокогорного грызуна

Листоухий хомячок Пунта де Вакас (Phyllotis vaccarum) с 2020 года официально считается самым высокогорным млекопитающим в мире. Его обнаружили на рекордной высоте 6739 метров — на вершине вулкана Льюльяйльяко (граница Аргентины и Чили). При этом вид обладает невероятным ареалом: хотя большинство особей обитает ниже, в целом они встречаются от уровня моря до самых вершин Кордильер. Как эти животные адаптируются к таким разнообразным условиям?

Исследователи изучили геномы 167 особей и, к своему удивлению, не обнаружили значительных генетических различий в популяциях в зависимости от высоты обитания. Это, вероятно, объясняется постоянным перемешиванием популяции, из-за этого не возникают отдельные популяции и подвиды. Кроме того, скорее всего, условия обитания являются постоянным сильным фактором естественного отбора. Удивительно, но базовые показатели крови у «горцев» и обитателей равнин оказались одинаковыми. У них не отличаются: уровень гемоглобина, уровень насыщения кислородом, уровень связывания кислорода гемоглобином. Однако у «горцев» естественный отбор поддерживает варианты генов, которые увеличивают термогенез (животные дрожат, чтобы поддерживать температуру), а также факторы, связанные с гипоксией. Кроме того, существует селекция по генам, ответственным за детоксикацию, которая, с одной стороны, необходима для борьбы с последствиями окислительного стресса, а с другой стороны, может подавлять ответ на гипоксию. Тем не менее, требуются дальнейшие исследования, чтобы понять молекулярные механизмы, которые поддерживают листоухих хомячков Пунта де Вакас на своей высоте. — Adaptation across an extreme elevational gradient in Andean leaf-eared mice, the world’s highest-dwelling mammal, «Биомолекула»: «Гипоксия, негипоксическая гипоксия и иммунитет».

Палеогенетика

Неандертальцы не были генетическими дегенератами

Возможность изучать древнюю ДНК кардинально изменила наше понимание эволюции древних людей. За последние 12 лет с момента первой публикации полного генома неандертальца у нас есть всего четыре полных генома: три с Алтая и один из Хорватии. Однако все эти индивидуумы жили на самых окраинах неандертальского ареала. Их геномы могли не в полной мере отражать реальное разнообразие популяции и особенности взаимоотношений неандертальцев как между собой, так и с другими гоминидами. Новое исследование, опубликованное в свежем номере Nature, посвящено анализу ДНК 27 поздних неандертальцев, которые жили на территории современной Бельгии и Франции. Один из индивидуумов предоставил возможность изучить полный геном, пополнив коллекцию высококачественных референсных данных.

Исследование показало, что европейские неандертальцы жили в крупных или, как минимум, хорошо связанных между собой группах. Об этом свидетельствует их генетическое разнообразие. У алтайских неандертальцев, возможно, существовал близкородственный брак. Данные также показывают, что в Европе существовало несколько сильно разделенных между собой родословных линий. Также у изученных неандертальцев нет следов скрещивания с человеком, хотя они существовали на данной территории около 47 тыс лет назад. Таким образом, авторы подвергают сомнению распространенную гипотезу о том, что неандертальцы генетически выродились, что привело к их исчезновению. Только дополнительные палеонтологические и палеогенетические данные могут нам помочь узнать ответ на вопрос, что же случилось на самом деле. — Genetic diversity of late Neanderthals in northwestern Europe, «Биомолекула»: «Крестный отец палеогеномики — лауреат Нобелевской премии по физиологии/медицине (2022)».

Двадцать леди из Диналеди

Древний человек Homo naledi был обнаружен относительно недавно и справедливо считается одной из самых горячих тем в современной антропологии. К сожалению, палеогенетика в данном случае мало чем может помочь, так как возраст найденных останков составляет от 236 до 335 тысяч лет (а возможно, они еще старше или моложе). В таких условиях шансы выделить древнюю ДНК крайне малы, однако древние белки сохраняются гораздо лучше. Палеопротеомный анализ позволяет не только оценивать разнообразие древних генов, но и точно определять пол исследуемых индивидуумов.

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Cell, изучили останки 20 особей из южноафриканской пещеры Райзинг Стар. Они взяли образцы зубной эмали и провели их протеомный анализ. При работе с настолько древним материалом получить информацию даже о 5–10 белках — это огромное научное достижение. Одним из выявленных соединений стал амелогенин, который отвечает за минерализацию зубов, но попутно служит надежным маркером пола. Дело в том, что и у мужчин, и у женщин синтезируется изоформа амелогенин-X, тогда как амелогенин-Y встречается исключительно у мужчин. Эти белки различаются на 24 аминокислоты, включая специфическую вставку метионина в позиции 59 Y-хромосомной версии. Используя это различие для диагностики, авторы обнаружили, что абсолютно все изученные индивидуумы принадлежали женскому полу. Кроме того, сравнив последовательности белков с другими гоминидами, ученые выявили два уникальных аминокислотных полиморфизма, отличающих H. naledi от других представителей гоминид.

Тем не менее, интерпретировать эти данные можно двояко, и сейчас у ученых есть две основные гипотезы. Согласно первой, у H. naledi данный полиморфизм мог в принципе отсутствовать, из-за чего этот белок нельзя использовать для определения пола в рамках этого вида, либо исследователи наткнулись на тесно связанную близкородственную группу с редкой мутацией. Вторая гипотеза носит социальный характер: нельзя исключать существование особых погребальных ритуалов, при которых женщин хоронили вместе. В противном случае ученым пришлось бы столкнуться с совпадением один на миллион, когда 20 особей женского пола оказались в одном месте абсолютно случайно. — Proteomic analysis of dental enamel from 20 Homo naledi individuals shows no male markers, «Биомолекула»: «Кто все эти люди?!».

Эпигенетика

Длинные некодирующие РНК: ключ к пониманию расстройств аутистического спектра

Большинство исследований, сфокусированных на поиске патогенных вариантов генома при расстройствах аутистического спектра (РАС), традиционно нацелены на белок-кодирующие последовательности. Однако в геноме существуют крайне интересные локусы, где, помимо привычных генов, присутствуют и некодирующие РНК. Один из таких примеров — локус Xp22.11, в котором расположены гены PTCHD1, DDX53 и длинная некодирующая РНК PTCHD1-AS. Известно, что мутации в обоих белок-кодирующих генах тесно связаны с аутизмом, но раскрытие роли самой PTCHD1-AS стало настоящим открытием, достойным публикации в журнале Nature.

Микроделеции в этой длинной некодирующей РНК были обнаружены у целого ряда пациентов с РАС. Поскольку данный участок расположен на Х-хромосоме, все выявленные пациенты оказались мужчинами. Примечательно, что у них не наблюдалось сопутствующих синдромов, таких как СДВГ. Это доказывает, что PTCHD1-AS является фактором, специфически связанным именно с развитием аутизма. В пользу этой гипотезы говорят и поведенческие тесты: у лабораторных мышей с нокаутом гена, кодирующего эту РНК также отчетливо проявлялись РАС-подобные черты, включая выраженные нарушения коммуникации с сородичами.

Как правило, некодирующие РНК регулируют работу близлежащих генов, однако в данном случае ученые столкнулись с неожиданным механизмом. При выключении Ptchd1-as уровень экспрессии соседнего гена Ptchd1 не изменился. Более того, у мышей с нокаутом самого Ptchd1 не возникало классических РАС-черт, хотя и наблюдались дефицит внимания и снижение когнитивных способностей. В то же время, экспрессия другого соседа — гена DDX53 — оказалась напрямую зависимой от активности PTCHD1-AS. Как выяснилось, от работы этой некодирующей РНК критически зависит развитие полосатого тела головного мозга, процессы миелинизации, синаптическая пластичность, регуляция нейротрансмиттеров (в частности, дофамина) и другие важнейшие молекулярные пути. Подобные выводы наглядно показывают, что фокус в изучении генетики РАС необходимо расширять, и внимание к некодирующим участкам ДНК способно дать нам гораздо более глубокое понимание природы этого сложного синдрома. — An X-linked long non-coding RNA, PTCHD1-AS, and the core features of autism, «Биомолекула»: «Кодирующие некодирующие РНК».

Длинные некодирующие РНК могут быть патогенными

Длинные некодирующие РНК обладают множеством механизмов для регуляции клеточных процессов. Они способны привлекать эпигенетические факторы и локально изменять структуру хроматина, связываться с транскрипционными факторами и ингибировать их работу, влиять на архитектуру хромосом, а также взаимодействовать с другими РНК. Как правило, все эти процессы протекают внутри одного организма. Однако китайские исследователи обнаружили уникальный пример межвидового взаимодействия: длинная некодирующая РНК помогает грибковому патогену Magnaporthe oryzae «обманывать» клетки риса, эффективно блокируя его иммунный ответ.

Как выяснилось в ходе исследования, грибок M. oryzae синтезирует длинную некодирующую РНК lnc117761, которая работает как молекулярная ловушка, или «спонж», захватывающий растительную микроРНК miR5827. В норме задача этой микроРНК заключается в том, чтобы подавлять ген PKR1, служащий своеобразным «тормозом» для клеточного иммунитета риса. Без сдерживающего влияния miR5827 растение не может вовремя активировать защиту и должным образом среагировать на заражение, чем успешно и пользуется патоген.

Это открытие дает ученым ключ к выведению новых, генетически устойчивых сортов риса, микроРНК которых будет невосприимчива к ловушкам грибка. Кроме того, понимание этого механизма позволяет задуматься об использовании РНК-миметиков для контроля над инфекцией, а также открывает перспективы для поиска аналогичных подходов в борьбе с другими опасными заболеваниями сельскохозяйственных культур. — A pathogen lncRNA secreted into rice sequesters a host miRNA for virulence, «Биомолекула»: «Почему болеют растения и как они борются с инфекцией на примере фитопатогенных бактерий».