Nature #569 (7755) + онлайны: золотой вклад в белковую сборку, обрезающие световые лучи и фотонные сети

• Молекулярка, генетические нарушения. Анеуплоидия — нарушение числа хромосом, которое приводит к врожденным дефектам и раковым заболеваниям. Ученые из Университета Джонса Хопкинса обнаружили любопытную взаимосвязь между этим хромосомным нарушением и сбоем метаболизма. Выяснилось, что в основе генетического дефекта лежит гипоосмотический стресс. Опыты на анеуплоидных дрожжах показали, что мембрана клеток проявляла повышенное напряжение, которое приводило к нарушению эндоцитоза. В частности, потеря клетками убиквитин-опосредованного пути переноса питательных веществ приводила к эндоцитарным дефектам, что в конечном итоге вызывало анеуплоидию. — Hypo-osmotic-like stress underlies general cellular defects of aneuploidy. «Биомолекула»: «Геномный минимализм».
• Структурка. Белковые комплексы, собранные определенным образом, специализированы для выполнения конкретных задач. Однако искусственная сборка таких комплексов в лаборатории все еще остается сложным процессом ввиду динамичности белковых структур. Японским исследователям удалось создать стабильную белковую структуру, сборкой и разборкой которой можно управлять. В этом ученым помогло соединение на основе золота — золото(I)-трифенилфосфин, добавление которого к белковому комплексу запускает надмолекулярную сборку. При этом такой комплекс демонстрирует высокую химическую и термическую стабильность, что не мешает ему легко разбираться при воздействии восстановителей. Такой подход значительно расширяет дизайн надмолекулярных сборок белков, которые можно собирать в стабильные комплексы. — An ultra-stable gold-coordinated protein cage displaying reversible assembly. «Биомолекула»: «Недоупорядоченные белки».
• Молекулярка, биомедицина. Стволовые клетки в процессе дифференцировки in vitro могут производить бета-клетки поджелудочной железы, которые синтезируют инсулин и тем самым поддерживают нужный уровень глюкозы в крови. Недавно ученые из США описали транскрипционные профили более ста тысяч клеток и выделили среди них популяции, которые соответствуют бета-клеткам и альфа-подобным эндокринным клеткам, а также обнаружили ранее неизвестную группу, напоминающую энтерохромаффинные клетки. Эндокринные клетки, выращенные в культуре в отсутствие факторов роста, сохраняли свою идентичность и способность к дифференцировке. — Charting cellular identity during human in vitro β-cell differentiation. «Биомолекула»: «Сахарный диабет I типа, или охота на поджелудочную железу».
• Физиология, регенеративная медицина. Операции при инфаркте миокарда могут приводить к структурным повреждениям сердца и вызывать сердечную недостаточность. Такой эффект связан с неспособностью кардиомиоцитов делиться и восстанавливать сократительную ткань сердца. Ученые из Италии провели интересный эксперимент, который позволяет избежать патологических нарушений работы сердца после инфаркта. Выяснилось, что у свиней, в организм которых были доставлены аденоассоциированные вирусы с микроРНК-199а, уже через месяц после инфаркта миокарда наблюдались заметные улучшения сердечной сократимости, увеличение мышечной массы сердца и сокращение размеров рубца. Возможно, микроРНК-199а станет тем самым помощником, заживляющим сердечные нарушения. Однако такая терапия должна строго контролироваться, потому что постоянная и неконтролируемая экспрессия микроРНК вызывает инфильтрацию миокарда и провоцирует развитие паренхиматозной дистрофии. — MicroRNA therapy stimulates uncontrolled cardiac repair after myocardial infarction in pigs. «Биомолекула»: «Имитация сердечного слоя».
• Молекулярка, клеточные технологии. Китайские ученые предлагают интересный способ для временного ингибирования белков. Сначала необходимо вычислить точное местоположение наиболее «уязвимого» участка белка, в котором громоздкая химическая группа может нарушить взаимодействие белка с субстратом. Затем необходимо «навесить» на этот участок модифицированный тирозиновый остаток, который может расщепляться под действием света. Белок после введения такого остатка в силу структурных сложностей не сможет связаться с субстратом. Однако эффект этот временный — белок будет блокироваться ровно столько, сколько времени пройдет до полного «обрезания» тирозинового остатка под действием света. Такое фотоингибирование может безопасно применяться для управления активностью многих важных белков. — Time-resolved protein activation by proximal decaging in living systems, An ‘on’ switch for proteins.
• Онкология. Благодаря современным методам диагностики ученые могут достаточно полно изучать причины развития опухолей. Например, в каталоге CCLE (Cancer Cell Line Encyclopedia) приводятся важные характеристики клеточных линий рака, которые позволяют выявлять потенциальные мишени и находить новые маркеры для лечения онкозаболеваний. В новой статье Nature авторы рассказывают о том, что им удалось продвинуться чуть дальше в «каталогизации» рака. Так, ученые расширили список характеристик раковых клеток их реакциями на конкретные лекарственные препараты, сплайсингом РНК, метилированием ДНК, модификациями гистонов и другими молекулярными особенностями клеточных линий. Это позволит создать новый ресурс для более быстрого изучения модельных раковых клеток, в котором можно будет выявлять потенциальные мишени и связанные с ними биомаркеры. — Next-generation characterization of the Cancer Cell Line.
• Новые технологии, нейросети. Технологией искусственного интеллекта сегодня уже никого не удивишь. Но программная реализация работы этой системы сталкивается с рядом технических трудностей. Одна из них — искусственное разделение вычислительных функций памяти и обработки, что тормозит передачу данных. В этом смысле человеческий мозг представляет собой гораздо более совершенный инструмент — и всё благодаря наличию синапсов, которые помогают хранить и быстро передавать информацию. Специалисты из Германии и Великобритании взяли за основу синаптический принцип работы мозга и создали первый аналог нейроморфной системы, способной к обучению. В основе работы прототипа — мультиплексная технология разделения волны, которая позволяет передавать свет по разным участкам оптического контура. Такие фотонные сети ведут себя подобно нейронам и позволяют напрямую обрабатывать телекоммуникационные и визуальные данные. — All-optical spiking neurosynaptic networks with self-learning capabilities. «Биомолекула»: «В полном объеме: синаптические везикулы в трехмерной модели синапса».
• Наука и общество, население. В обществе стойко закрепилось мнение, что городские жители гораздо более предрасположены к увеличению массы тела, чем обитатели сельской местности. Это легко объяснить обилием в городе мест, где можно купить тщательно обработанные продукты и напитки, которые содержат много сахара, соли и насыщенных жиров. Но недавно проведенное исследование опровергает этот стереотип. Специалисты организации NCD-RisC проанализировали показатели роста и веса у 112 млн людей, проживающих в городах и сельской местности, за период с 1985 по 2017 годы. Выяснилось, что рост индекса массы тела в диапазоне от 55% до 80% приходится на жителей сельской местности. Интересно, что такая закономерность характерна для стран с низким и средним уровнем дохода. — Rising rural body-mass index is the main driver of the global obesity epidemic in adults, Rural areas drive increases in global obesity.

Science #364 (6440) + онлайны: тайна зубчатой извилины, сигналы иммунитета и почвенные связи

• Молекулярка. Сигнальный путь Wnt, опосредованный бета-катенином, регулирует развитие иммунной системы, обеспечивает дифференцировку клеток и контролирует эмбриогенез. Поэтому точный контроль передачи сигналов по этому пути обеспечивает развитие жизненно важных функций организма. Недавно ученым удалось обнаружить мутацию в гене Lmbr1l, которая способна повредить работе сигнального пути Wnt. Выяснилось, что отсутствие белка LMBR1L приводит к нарушениям развития и функций лимфоцитов. Но эксперименты на мышиных моделях показали, что удаление бета-катенина из клеток с дефицитом LMBR1L снижает процесс апоптоза и восстанавливает функции Т-лимфоцитов. — LMBR1L regulates lymphopoiesis through Wnt/β-catenin signaling.
• Нейробиология. Одна из основных задач клеток-предшественников нейронов — производство зрелых нейронов с определенной программой развития. Однако ряд исследований показал, что дочерние нейроны, развившиеся от общих предшественников, отличаются друг от друга. Чтобы разобраться в этом вопросе, ученые провели секвенирование РНК для сравнения идентичности нервных клеток мышей. Выяснилось, что собственная программа постмитотической дифференцировки предшественника нейрона накладывалась на родительскую программу развития. Это способствует появлению разнородных дочерних клеток в новой коре, специализированных для выполнения разных функций. — Temporal patterning of apical progenitors and their daughter neurons in the developing neocortex. «Биомолекула»: «Нейроны любят похожих».
• Физиология растений, метаболизм. Давно установлено, что в растениях содержится огромное разнообразие генов, кодирующих синтез большого количества метаболитов. В новом выпуске Science ученые выделили три различных пути биосинтеза веществ, с помощью которых образуются прикорневые терпены. С помощью терпеновых соединений, выделяемых корнями арабидопсиса, удается очень точно настраивать микробиоту почвы. — A specialized metabolic network selectively modulates Arabidopsis root microbiota. «Биомолекула»: «Почва на страже жизни».
• Структурка. Мускариновые ацетилхолиновые рецепторы играют важную роль в проведении сигналов нервной системы. По своей структуре эти рецепторы ассоциированы с G-белками, что позволяет связывать лиганды вне клетки, а затем запускать процессы внутри клетки. Существует пять типов мускариновых рецепторов, которые чрезвычайно сходны по строению. Однако их разные функции и различное расположение в органах свидетельствуют о структурных различиях. Ученые из США показали, что эти вроде бы похожие рецепторы особым образом связываются с G-белками, обеспечивая селективность и разнородность функций. — Structures of the M1 and M2 muscarinic acetylcholine receptor/G-protein complexes.
• Молекулярка, рак. Белок направленной гибели клеток PD1 (Programmed cell death 1) контролирует иммунные ответы Т-лимфоцитов. Современная противоопухолевая терапия, нацеленная на PD1, успешно применяется для лечения некоторых видов рака. Однако точные механизмы регулирования PD1 остаются неизвестными. Ученые обнаружили, что молекула-костимулятор СD80 способна ограничивать функции PD1 при активации Т-лимфоцитов. Такой эффект обеспечивается тем, что CD80 связывается с лигандом белка PD1 — PD-L1 — на первично активированных клетках. Это блокирует связывание PD1 с PD-L1, что в противном случае могло бы ингибировать Т-клетки. — Restriction of PD-1 function by cis-PD-L1/CD80 interactions is required for optimal T cell responses. «Биомолекула»: «Соревнуясь с раком».
• Нейробиология. В зубчатой извилине, расположенной в гиппокампе, могут образовываться новые нейроны. В новой статье Science ученые рассказывают о том, как зрелые нейроны оказывают влияние на нейрогенез в зубчатой извилине. Выяснилось, что активность зубчатой извилины зависит от механизма передачи сигналов взрослыми нервными клетками. Так, синаптическая передача зрелых нейронов непосредственно на гранулярные клетки зубчатой извилины в латеральной области способствовала активации этой зоны, а передача сигналов через медиальную кору, напротив, ингибировала нейрогенез. — Adult-born hippocampal neurons bidirectionally modulate entorhinal inputs into the dentate gyrus. «Биомолекула»: «Все, что вы всегда хотели знать о взрослом нейрогенезе, но боялись спросить».
• Биохимия, структурка. При дизайне органических соединений важно учитывать положение функциональных групп относительно С—Н-связей в молекуле. Примером таких соединений являются лактамы, положение азота в которых определяет размер лактамного кольца. Американским ученым удалось сконструировать такие варианты фермента цитохрома Р450, которые способны контролировать направленное присоединение азота к определенным участкам лактамов. С помощью Р450 удалось синтезировать молекулы альфа-, бета- и гамма-лактамов разных размеров. — Site-selective enzymatic C—H amidation for synthesis of diverse lactams, Remote control with engineered enzymes.