Nature #557 (7705) + онлайны: очень много регенерации, обучение искусственного интеллекта и «здоровые» лаборатории

• Регенерация: спецтема. Лейтмотив нового выпуска ведущего британского научного журнала — это регенерация и связанные с ней методики. Несколько подробных обзоров расскажут об особенностях этого процесса в разных органах. Кстати, много интересного про регенерацию было в статье на биомолекуле: Лаборатория молекулярных основ эмбриогенеза: от гена к признаку.
  • Процессы регенерации. Первая статья посвящена общим механизмам репарации у млекопитающих. В ней рассматриваются паттерны регенерации разных органов (механизмы обновления кожи и ЖКТ отличны, например, от тех, что в легких и печени), пластичность различных типов клеток и связи процессов восстановления со старением и злокачественным перерождением клеток. Речь пойдет также и о различных терапевтических стратегиях по использованию пластичности клеток с целью регенерации. — Diverse mechanisms for endogenous regeneration and repair in mammalian organs.
  • Биоинженерия. Регенеративный потенциал стволовых клеток огромен. Человеку нужно только научиться грамотно его применять. К сожалению, пока что количество методов, использующих этот ресурс, довольно мало, но они совершенствуются и развиваются. В этой статье вы прочтете о новых многообещающих методах биоинженерии: как регулировать регенерацию тканей, улучшать выживаемость трансплантированных клеток, выращивать органоиды на трехмерных платформах и даже направлять специализированные вещества на определенные стволовые клетки внутри организма. — Bioengineering strategies to accelerate stem cell therapeutics. биомолекула: Руководство по «выращиванию» зубов, или биоинжениринг в стоматологии, Желудок размером с горошину + человеческий кишечник, выращенный в мыши, Искусственные органы и тканевая инженерия.
  • Головной мозг. В следующей статье речь идет о животрепещущей теме восстановления в головном мозге. Из нее вы узнаете об истории таких исследований, о сегодняшнем взгляде на регенерацию нервных клеток и о том, какие терапевтические методы можно применить в этой области. — New approaches for brain repair—from rescue to reprogramming. биомолекула: Диагностика патологий клеточного метаболизма при ней­ро­де­ге­не­ра­тив­ных заболеваниях, Всё, что вы всегда хотели знать о взрослом нейрогенезе, но боялись спросить.
  • Спинной мозг. Функции, потерянные после травмы спинного мозга, можно восстановить нервной регенерацией. Прогресс в этой области очень медленный и не всегда успешный. Автор этой статьи рассматривает удачи и провалы ученых и рассказывает о том, что же нужно для того, чтобы преуспеть в восстановлении спинного мозга. — Dissecting spinal cord regeneration.
  • Поджелудочная железа. Отдельная статья поведает о регенерации поджелудочной железы. Множество методов направлены на то, чтобы восстановить β-клетки островков Лангерганса, которые утрачиваются при сахарном диабете первого типа. — Pancreas regeneration.
  • Зрение. Веками ученые хотят научиться восстанавливать клетки сетчатки: это помогло бы вернуть зрение многим слепым пациентам. До разработанной методики еще далеко, но первые шаги в этой области уже выполнены. Читайте подробности в обзоре. — Restoring vision. биомолекула: Когда ослепшие прозреют?, Оптогенетика + голография = прозрение?
• Нейробиология. Калий-чувствительный гипокалиемический и нормокалаэмический периодические параличи — это наследственные заболевания скелетных мышц. Вызывают их одиночные мутации в определенных частях натриевого канала Na_v1.4 или кальциевого канала Ca_v1. Для разработки селективных лекарств и для уточнения патогенеза этих заболеваний ученые предлагают изучить полученные кристаллические структуры каналы и присовокупить методы молекулярно-динамического моделирования. — Structural basis for gating pore current in periodic paralysis. биомолекула: О чем не знал Гальвани: пространственная структура натриевого канала.
• Нейробиология. Аминоацил-тРНК-синтетазы играют важную роль в поддержании точности при трансляции. Мутация аланил-тРНК-синтетазы (AlaRS) у мутантных мышей Аарссти приводит в итоге к дегенерации клеток Пуркинье в мозжечке. ANKRD16 ослабляет нейродегенерацию, вызванную этой мутацией. — ANKRD16 prevents neuron loss caused by an editing-defective tRNA synthetase.
• Искусственный интеллект. Глубокое обучение — это методы машинного обучения, которые ученые разрабатывают с оглядкой на нейронные сети мозга. Их применяют во многих областях, от автоматизированного видеоанализа до перевода текстов. В новой статье ученые использовали эту стратегию для изучения реальных сетей нервных клеток. В результате удалось построить восприятие пространства, как это делают нейроны решетки. — AI mimics brain codes for navigation, Vector-based navigation using grid-like representations in artificial agents. биомолекула: GPS в нашем мозге: Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014.
• Генетика. Рибосомные пути надзора блюдут те рибосомы, которые временно или окончательно остановились. Ученые выяснили, что Cdc48 адаптер Vms1 — это пептидил-тРНК-гидролаза, которая взаимодействует с комплексом контроля качества рибосомы, чтобы катализировать удаление растущей полипептидной цепи в остановленных рибосомах. — Vms1 and ANKZF1 peptidyl-tRNA hydrolases release nascent chains from stalled ribosomes.
• Генетика. Факторы ремоделирования хроматина обычно изменяют структуру хроматина, на что и намекает их название. Но это не единственная их функция. При изучении Arabidopsis thaliana выяснилось, что ремоделирующий белок хроматина CHR2 хроматина взаимодействует с Serrate и регулирует биогенез микроРНК. — SWI2/SNF2 ATPase CHR2 remodels pri-miRNAs via Serrate to impede miRNA production.
• Эмбриогенез. Лиганды RSPO1-RSPO4 проводят сигнал через родственные рецепторы LGR4, LGR5 и LGR6 и усиливают сигнал через путь сигналинга WNT. Ученые выяснили при изучении эмбриогенеза Xenopus, что, независимо от рецепторов LGR4/5/6, RSPO2 работает как прямой антагонистический лиганд к RNF43 и ZNRF3 и определяет положение и количество конечностей, которые должны образоваться у эмбриона. — RSPO2 inhibition of RNF43 and ZNRF3 governs limb development independently of LGR4/5/6.
• Онкология. Иммунология. Работа различных видов иммунотерапии основана на восстановлении иммунного ответа через Т-лимфоциты. Однако ее успешность сильно варьирует от пациента к пациенту. Это объясняют неоднородностью иммунной среды и фенотипических профилей инфильтрующих опухоль лимфоцитов (TIL) в отдельных новообразованиях и между больными. Ученые выяснили, что в изученных ими случаях рака легкого и колоректальных опухолей есть популяция CD8⁺ инфильтрующих опухоль лимфоцитов без экспрессии CD39. Исследователи считают, что измерение экспрессии CD39 может стать простым способом количественного определения или выделения этой фракции Т-лимфоцитов. — Bystander CD8⁺ T cells are abundant and phenotypically distinct in human tumour infiltrates.
• Микробиом. Соматические мутации в TET2 (tet methylcytosine dioxygenase 2) приводят к развитию гематопоэтических опухолей. И у мышей, и у людей дефицит этого фермента вызывает повышение уровня самообновления гематопоэтических стволовых клеток. Более того, у части мышей и некоторых людей «перевес» обнаруживается именно в миелоидной линии. Оказалось, что для развития пред-лейкемической миелопролиферации необходимы сигналы от микробиома, и ее можно спровоцировать нарушением кишечного барьера или введением системных бактериальных стимулов. — Microbial signals drive pre-leukaemic myeloproliferation in a Tet2-deficient host. биомолекула: Микробиом кишечника: мир внутри нас.
• Структурка. В ответ на гипотонический стресс активируются регулируемые объемом анионные каналы VRAC. С помощью криоэлектронной микроскопии и рентгеновской кристаллографии удалось выявить структуру субъединицы такого канала — LRRC8A из семейства из семейства LRRC8 (leucine-rich repeat-containing protein 8). Это помогает понять механизм анионной селективности канала. — Structure of a volume-regulated anion channel of the LRRC8 family.
• Наука и жизнь. Обстановка в лаборатории и здоровая исследовательская среда необходимы для качественных исследований. Но какие компоненты сюда входят? Как улучшить «здоровье» лаборатории? Проведя собственное исследование, британский журнал призывает обсуждать эти темы. В отдельной статье говорится о проблемах, которые могут возникнуть на рабочем месте ученого, и методах того, как с ними бороться. — Research institutions must put the health of labs first.

Science #360 (6390) + онлайны: спецстатьи по резистентности, цитологический атлас почки и хитрости бактерий кишечной флоры

• Резистентность: спецтема. Применение антибиотиков и противогрибковых препаратов неотделимо от развития резистентности. Несколько статей в этом выпуске Science как раз и посвящены этой проблеме, в частности тому, как человек должен пересмотреть использование этого типа лекарств в сельском хозяйстве, чтобы избежать наступления глобальной катастрофы. Начинается спецраздел с вводной статьи. — Meeting resistance. биомолекула: спецпроект Антибиотики и ан­ти­био­ти­ко­ре­зи­стент­ность.
  • Первая статья посвящена использованию пестицидов в сельском хозяйстве. К сожалению, в «гонке вооружений» с микроорганизмами наука проигрывает: растения и насекомые всё равно будут эволюционировать, какие бы новые вещества с новыми механизмами действия не появлялись. Для решения проблемы авторы предлагают рассмотреть сочетание экологических, генетических, экономических и социально-политических факторов и предлагают свои методы решения проблемы. — Wicked evolution: Can we address the sociobiological dilemma of pesticide resistance?
  • Вторая статья повествует о том, как генетические методы могут помочь в борьбе с антибактериальной резистентностью. С их помощью можно не только предсказывать и отчасти направлять некоторые адаптации микроорганизмов к препаратам, но и более эффективно использовать уже существующие и разрабатываемые лекарства. — Genomic insights in to the emergence and spread of antimicrobial-resistant bacterial pathogens.
  • Не только бактерии вызывают опасения ученых. В последнее время появилось огромное множество грибов, устойчивых к противогрибковым средствам, в частности, к азолам. О том, чем грозит такая резистентность, почему эта проблема затронет не только здравоохранение и как с ней бороться — читайте в этом обзоре. — Worldwide emergence of resistance to antifungal drugs challenges human health and food security.
  • Прокариоты в естественной среде быстро реагируют на высокие концентрации химических веществ и физического стресса. Антропогенные токсичные соединения тоже влияют на них. Благодаря этому появляются такие микроорганизмы, которые могут использовать эти вещества как источники углерода или как доноры и акцепторы электронов. Аналогичного эффекта они могут добиться при адаптации к экстремальным значениям pH или осмотическому стрессу. Человек мог бы использовать эту метаболическую пластичность прокариотов для своих целей. — Prospects for harnessing biocide resistance for bioremediation and detoxification. биомолекула: Аммонийный датчик анаммокс-бактерии.
• Почка. Заболевания почек, включая почечную недостаточность, довольно часты. Тем не менее, за последнее время появилось крайне мало новых методов лечения болезней этого органа. Отчасти это обусловлено цитологической сложностью почки: здоровый нефрон состоит по меньшей мере из 13 различных типов эпителиальных клеток, вокруг которых есть еще сосудистые, стромальные и иммунные клетки. При болезни клеточный состав еще больше усложняется. С помощью массового параллельного секвенирования РНК одиночных клеток клеток (scRNA-seq) ученые составили детальный атлас экспрессии генов мышиной почки. Эта работа уже указала исследователям на типы клеток, на которые следует обратить особое внимание при патологиях этого органа. — Mapping kidney cellular complexity, Single-cell transcriptomics of the mouse kidney reveals potential cellular targets of kidney disease.
• Аутофагия. Аутофагия — важнейший процесс поддержания жизнедеятельности клетки, когда клеточные компоненты захватываются и «перевариваются» лизосомами. У процесса разрушения рибосом есть свое имя — рибофагия, и в ее результате клетка получает много питательных веществ. Используя новейшие методики, команда ученых отследила этот процесс в условиях дефицита и доступности питательных веществ. Как оказалось, белок NUFIP1 — это аутофагический рецептор для рибосом во время рибофагии, вызванной голоданием. При его утрате клетка в режиме голодания погибает, поскольку она не способна обеспечить себе достаточное количество нуклеотидов. — NUFIP1 is a ribosome receptor for starvation-induced ribophagy, Ribosomes on the night shift. биомолекула: Нобелевская премия по медицине и физиологии 2016: за самоедство.
• Онкология. У большинства пациентов с аденокарциномой протоков поджелудочной железы даже после удаления первичной опухоли появляются метастазы. Исследователи сфокусировались на диссеминированных раковых клетках, предположительных зародышах будущих метастазов, без экспрессии цитокератина-19 (CK19) и основного комплекса гистосовместимости I класса (MHC I). При изучении на специальной мышиной модели выяснилось, что эти клетки избегали иммунного ответа из-за того, что реакция эндоплазматического ретикулума на стресс в них проходила аномально. — Unresolved endoplasmic reticulum stress engenders immune-resistant, latent pancreatic cancer metastases. биомолекула: Во власти опухоли: почему метастазы так сложно остановить?
• Онкология. Нахождение непосредственных мишеней факторов транскрипции и регуляторных путей необходимо для понимания патогенеза болезни. Ученые использовали несколько методов для определения регуляторных функций BRD4 и MYC (из семейства myc) и для изучения влияния BET-ингибиторов (BETis). Оказалось, что BRD4 работает как общий коактиватор РНК-полимераза II-зависимой транскрипции, которая в значительной мере подавляется высокой дозой BETis. При дозах, вызывающих выборочный ответ при лейкемии, BETis дерегулирует несколько крайне чувствительных мишеней, включая MYC. В отличие от BRD4, MYC в первую очередь действует как селективный транскрипционный активатор, контролирующий метаболические процессы: биогенез рибосом и пуриновый синтез de novo. — BRD4 and MYC—clarifying regulatory specificity, SLAM-seq defines direct gene-regulatory functions of the BRD4-MYC axis.
• Микробиом. Не секрет, что микробиом кишечника крайне важен для организма, и его состав различается у разных людей. Известно, что кишечник продуцирует огромные количества иммуноглобулина A (IgA) — предположительно, для защиты от патогенов. Ученые показали на модели, что человеческий комменсал Bacteroides fragilis умеет так модифицировать свою капсулу, что меняет способность связываться с IgA. Подобное иммунное распознавание облегчает присоединение бактерий к эпителиальной выстилке и близкое взаимодействие с поверхностью слизистой оболочки кишечника in vivo. В итоге, это увеличивает конкурентное преимущество B. fragilis перед другими представителями кишечной флоры и помогает ему процветать. — Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization. биомолекула: Микробиом кишечника: мир внутри нас.
• Клеточная ниша. Ниша создает для стволовых клеток особую среду, которая контролируют их состояние и развитие. Сейчас ученые показали, что Dll1, лиганд пути сигналинга Notch, опосредует важнейшие взаимодействия стволовых клеток молочной железы (MaSCs) со стромальными макрофагами в нише. — Notch ligand Dll1 mediates cross-talk between mammary stem cells and the macrophageal niche. биомолекула: Опухолевые разговоры, или Роль микроокружения в развитии рака.
• Физиология растений. Взаимодействие патогенов с растениями — очень сложный и захватывающий процесс. Атакующие вредители могут запускать sRNA в клетки растения и подавлять его иммунитет. Растения, с свою очередь, с помощью своих sRNA пытаются ингибировать вирулентность патогенов. Ученые сейчас проследили, как Arabidopsis для своей защиты выделяет экзосомоподобные внеклеточные везикулы для доставки sRNAs в клетки гриба Botrytis cinerea. — Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes.
• Антропология. Сегодня население юго-восточной Азии отличается генетическим и языковым разнообразием. Однако информации о перемещениях популяций в прошлом очень мало. Ученые изучили геномы восемнадцати жителей этого региона, которые жили 4100-1700 лет назад — это большой временной отрезок от неолитического периода до железного века. Были отслежены восточно-азиатские и восточно-евразийские корни, характерные для носителей австроазиатских языков. Было предположено, что юго-восточная Азия также пережила множественные волны миграций. — Ancient genomes document multiple waves of migration in Southeast Asian prehistory. биомолекула: Кто все эти люди?!, Генофонд австралийских аборигенов хранит ключ к тайне выхода человека из Африки.