Nature #594 (7864) + онлайны: причины облысения и сердечной недостаточности, лечение врожденной миастении и осложнения COVID-19 на мозг

• Фотохимия, сенсорная биология. Раньше мы только догадывались, как птицы ориентируются по магнитному полю Земли. Предполагали, что под воздействием света на сетчатку глаза внутри светочувствительного белка криптохрома 4 две молекулы — FAD и остаток триптофана — взаимодействуют между собой с образованием нестабильного промежуточного соединения. Оно может превратиться в один из двух окончательных продуктов, а в какой именно — зависит от магнитного поля. Если точнее, от расположения птицы относительно линий напряженности магнитного поля Земли — условных стрелочек, которые показывают, как поле воздействует на все вокруг. И теперь об этой гипотезе можно говорить уверенно, потому что исследователи доказали магниточувствительность криптохрома 4 самого по себе, выделив и очистив его для этих высоких целей. И не зря: вдобавок узнали, что криптохром 4 перелетной птицы зарянки чувствительнее к магнитному полю, чем криптохром 4 курицы или сизого голубя, которые не совершают регулярных миграций. А еще ученые смогли подробно разобрать, как именно скачут электроны в этой переставшей быть загадочной реакции и почему участие в магниторецепции не мешает криптохрому выполнять свою основную работу. — Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird, «Биомолекула»: «Нобель vs Шнобель, или Механизмы магниторецепции».
• Старение. Ожирение — фактор риска облысения, но является ли оно его причиной? В поисках ответа на этот вопрос были исследованы волосяные фолликулы, а внимательнее всего — их стволовые клетки, которые, делясь, дают начало новым клеткам, синтезирующим кератин. Оказалось, что перегрузка липидами истощает стволовые клетки разными путями, поэтому количество рабочих клеток снижается — волос истончается и, в конце концов, выпадает. Влияние ожирения постепенное, но верное; такие результаты пока показаны на мышиных моделях. — Obesity accelerates hair thinning by stem cell-centric converging mechanisms, «Биомолекула»: «Новые подробности из жизни волосяного фолликула», «Роль простагландина D2 в облысении по мужскому типу».
• Диеты, кишечная микрофлора. Очень низкокалорийные диеты (ОНКД) ограничивают питание человека до уровня энергетической ценности пищи в три раза меньше нормального. Некоторые считают, что людям с ожирением могут быть полезны ОНКД , потому что в процессе диеты метаболизм начинает нормализоваться (хотя после окончания диеты эффект не сохраняется). Однако как такая диета меняет микробиоту кишечника (совокупность микроорганизмов, живущих в кишечнике и влияющую на работу многих органов), узнали только сейчас. Для этого ученые забирали кишечную микробиоту у людей, проходящих ОНКД, и трансплантировали ее мышам. У которых из-за микробиоты людей, проходящих ОНКД, нарушилось всасывание питательных веществ в кишечнике. Оказалось, что ее состав сильно меняется, в результате чего кишечник вообще становится уязвимым для патогенных бактерий. Не злоупотребляйте ОНКД, пожалуйста. — Caloric restriction disrupts the microbiota and colonization resistance.
• Онкология. Раковые клетки могут приспосабливаться к действию препаратов, направленному против них. Для разработки эффективной терапии важно знать, как далеко онкоклетки могут зайти. Поэтому ученые поэкспериментировали с клеточными линиями — искусственно выращенными потомками одной клетки — из эпителия молочных желез, в которых инициировали развитие рака. А затем воздействовали на них препаратом цисплатином. Оказалось, что уязвимые для цисплатина клетки со временем могут обретать устойчивость сами по себе, а не получать ее от условных родительских клеток. В то же время клетки, ранее имевшие устойчивость к терапии, могут утратить эту устойчивость при отсутствии лечения и впоследствии быть ликвидированными химиотерапией. — Clonal fitness inferred from time-series modelling of single-cell cancer genomes, «Биомолекула»: «Как анеуплоидия раковых клеток снижает эффективность химиотерапии и что с этим делать?».
• Эпигенетика (регуляция генов). Из-за стресса в сердце могут активироваться фибробласты, которые производят компоненты соединительной ткани. Это ослабляет главную мышцу организма, что приводит к сердечной недостаточности. Изучив регуляцию генов на уровне единичных клеток, ученые нашли ключевой переключатель активности фибробластов — ген MEOX1, кодирующий малоизученный белок Mesenchyme Homeobox 1. Теперь можно использовать его как потенциальную мишень для терапии фиброзных заболеваний сердца, а также легких, печени и почек человека. — A transcriptional switch governs fibroblast activation in heart disease, «Биомолекула»: «Как вылечить сердце? Достижения современной науки».
• Молекулярка. Людям с врожденной миастенией (ВМ) тяжело делать любые движения, даже жевать. Это вызвано плохой связью мышц с мотонейронами, которые стимулируют их сокращения. Для нормального ответа мышечной клетки на сигнал нейромедиатора необходимо собирать его рецепторы в группы — кластеры. Кластеризует эти рецепторы фермент MUSK (Muscle-Specific Kinase), который не может работать без белка DOK7. Из-за мутации в гене, кодирующем DOK7, падает активность MUSK, и мышцы отвечают на сигналы из мозга вяло — это один из вариантов развития ВМ. Раньше думали, что исправить это можно только генной терапией, направленной на ген DOK7. Но теперь ученые выяснили, что стоит только прицельно помочь работе MUSK — и все налаживается в обход регулирующего ее DOK7. Пока идею проверяли на мышах, и у них все работает быстро и точно. — Mechanism of disease and therapeutic rescue of Dok7 congenital myasthenia.
• Экология, глобальное потепление. Климат меняется, и многим организмам пора переселяться на новые территории с более подходящими для них условиями. Растения бегать не умеют, поэтому часто пользуются «помощью» птиц, переносящих семена на новые места в своем пищеварительном тракте. Теперь биологи впервые изучили этот процесс на основе реальных данных, а не на моделях. И оказалось, что только треть европейских растений с сочными плодами типа яблока или ягоды стабильно расселяются несколькими птицами на север, а не на юг. Причем все эти растения имеют общее происхождение и плодоносят длительное время (например, можжевельник) или сохраняют плоды до весны (плющ). Ученым кажется, что со временем именно эта группа растений будет все сильнее влиять на экосистемы Европы. — Limited potential for bird migration to disperse plants to cooler latitudes.
• Антропология. Денисова пещера известна находками останков денисовцев и неандертальцев, а также находкой ребенка от родителей, принадлежавших к разным подвидам человека, в одном месте. Но материала мало, и не для всех секций пещеры точно установлено, когда и почему там появлялись те или иные представители гоминид. Узнать больше о последовательности заселения пещеры помогли анализы ДНК гоминид и других млекопитающих из 728 проб, собранных из отложений плейстоцена (эпохи, когда чередовались ледниковые периоды и пещеры были особенно востребованными). Судя по ним, расселение денисовцев на север могло быть связано с миграцией млекопитающих из юго-восточной Азии на северо-запад Алтая — это видно по изменению как их ДНК, так и ДНК других животных. Этот анализ заполнил многие пробелы, и теперь ученые знают, что разные люди жили в пещере очень регулярно, а также то, как чередовались ее жители. Например, в 6 пробах найдены ДНК и денисовцев, и неандертальцев. — Pleistocene sediment DNA reveals hominin and faunal turnovers at Denisova Cave.
• COVID-19. Эта новость — бонус: ее включили в выпуск по предфинальной версии статьи, которую решили срочно опубликовать, оставив за собой право на последние коррективы.
  У части людей, переболевших COVID-19, появляются неврологические осложнения. И теперь мы знаем немного о том, как это происходит, из данных исследования тканей мозга 8 погибших от инфекции людей. Оказалось, клетки, которые должны разделять мозг и сосуды, передают воспаление, распространяющееся по организму, в мозг. В нем ученые обнаружили группы клеток глии, обычно помогающей работе нейронов. Эти клетки приобрели патологические признаки, характерные для нейродегенеративных заболеваний. Вдобавок выяснилось, что COVID-19 больше всего нарушает передачу сигналов между нейронами самого нового эволюционно слоя коры головного мозга — главной фишки Homo sapiens, благодаря которой мы так легко учимся новому, а также запоминаем бесполезную информацию. — Dysregulation of brain and choroid plexus cell types in severe COVID-19, «Биомолекула»: «Новые ущербы от инфекции SARS-CoV-2 за пределами дыхательной системы».

Science #372 (6549) + онлайны: новые эффекты убиквитинирования, механизм подавления метилированных генов и снижение иммунитета от вакцинации

• Молекулярка. Убиквитинирование — процесс присоединения к определенным белкам молекул небольшого белка убиквитина. Так ферменты, присоединяющие убиквитин, помечают молекулы, тем самым влияя на активность убиквитинированных молекул и их местонахождение внутри клетки. А во время стресса убиквитином могут помечаться белки с нарушениями строения, чтобы после стресса можно было спокойно отделить их от неповрежденных и уничтожить. Теперь же оказалось, что когда убиквитинирование включается из-за теплового шока, то оно помогает возвращаться к нормальной жизни. Из-за стресса мРНК (очень недолговечные носители инструкций, по которым синтезируются белки) собираются с белками в особые стрессовые гранулы. Метка убиквитином отправляет их на разборку для восстановления нормальной работы. Это помогает наладить синтез белка и транспорт между ядром, где мРНК копируется с нужного гена ДНК, и цитоплазмой клетки, где с мРНК синтезируется белок. — Ubiquitination is essential for recovery of cellular activities after heat shock, «Биомолекула»: «Вездесущий убиквитин».
• Молекулярка. Продолжение темы. Не всем стрессовым гранулам суждено вернуться в нормальную жизнь. Если гранулы находятся собранными долго — например, из-за хронического стресса — то они просто перевариваются внутри клетки. С одной стороны, было получено подтверждение, что разборка короткоживущих гранул (типа возникающих из-за теплового шока, как мы писали немного выше) происходит с участием убиквитина. С другой стороны, исследователи заметили, что и здесь встречаются препятствия. Ген белка VCP, Valosin-containing protein, который запускает разборку стрессовых гранул, может мутировать, и тогда молекулы, заключенные в гранулы, лишаются каких-либо перспектив. Это происходит при нейродегенеративных заболеваниях. — Ubiquitination of G3BP1 mediates stress granule disassembly in a context-specific manner, «Биомолекула»: «„Вездесущий убиквитин“ возвращается».
• Вакцинация, COVID-19. Титр антител к белку SARS-CoV-2 после вакцинации мРНК-вакцинами производства Pfizer-BioNTech и Moderna значительно повышается. Действует это как против уханьского варианта коронавируса, так и против нового южноафриканского. Сильнее всего, в 1000 раз, повысились титры антител у людей, переболевших COVID-19 ранее. У людей, не болевших до вакцинации, иммунитет к новым вариантам коронавируса после первой дозы вакцины может не измениться или упасть. Видимо, людям, не столкнувшимся с ковидом до вакцинации, важно получить вторую дозу вакцины без задержки. — mRNA vaccination boosts cross-variant neutralizing antibodies elicited by SARS-CoV-2 infection, Prior SARS-CoV-2 infection rescues B and T cell responses to variants after first vaccine dose, «Биомолекула»: «„Спутник V“, „ЭпиВакКорону“, „Модерну“ делать будем? Ликбез по вакцинам против коронавируса».
• Профилактика COVID-19. Почти везде в нашей жизни медицинские маски эффективно предотвращают распространение коронавируса, в том числе и заражение им. Исключение — больницы и иные медицинские центры, где требуется более серьезная защита. Не ново, но лишней эта мера не будет. — Face masks effectively limit the probability of SARS-CoV-2 transmission, «Биомолекула»: «COVID-19: что мы знаем и чего не знаем».
• Молекулярка, эпигенетика. Один из способов отключить ген — присоединить метильные группы к его участкам, содержащим много пар оснований C-G. Этот способ называется метилированием. Мы знаем, что метилированные гены замолкают, то есть с них перестает считываться последовательность, в которой закодирован белок. Но как это работает? Исследовав регуляцию генов у модельного растения Arabidopsis thaliana, ученые обнаружили два белка с доменами MBD5 и MBD6 (methyl-CpG—binding domain), которые распознают метилированную ДНК и связываются с ней. После этого к процессу подключают белок SILENZIO, который подавляет активность метилированного ранее гена. — MBD5 and MBD6 couple DNA methylation to gene silencing through the J-domain protein SILENZIO, «Биомолекула»: «Эпигенетические часы: сколько лет вашему метилому?».