Подписаться
Оглавление
Биомолекула

SciNat за май 2023 #2: пангеном человека, дети от троих родителей и угроза моторному гомункулу

SciNat за май 2023 #2: пангеном человека, дети от троих родителей и угроза моторному гомункулу

  • 387
  • 0,2
  • 0
  • 0
Добавить в избранное print
Дайджест

Обложка Science на этой неделе демонстрирует изображение стаи бронзовых акул-молотов (Sphryna lewini). Эти рыбы обитают в тропических морях, однако способны нырять на глубину более 800 метров, где температура воды может быть низкой. Несмотря на то, что температура тела у акул зависит от окружающей среды, мышцы акул-молотов остаются теплыми даже при долгих и глубоких спусках. Это не единственные рыбы, контролирующие температуру тела. Тунцы, например, используют принцип противоточных теплообменников: сосуды с более теплой кровью текут рядом с сосудами с более холодной. Такой же принцип используют птицы для сохранения тепла в лапах.

Однако бронзовые акулы-молоты используют другой подход. Как выяснили исследователи, они задерживают дыхание при нырянии на глубину. Закрывая жабры, акулы меньше отдают тепла и сохраняют свою внутреннюю температуру на оптимальном уровне. — Free-diving sharks, “Breath holding” as a thermoregulation strategy in the deep-diving scalloped hammerhead shark.

В свежих выпусках Nature и Science обсуждают результаты сборки пангенома человека, эмбрионов, выращенных вне матки, а также результаты исследования нового препарата от болезни Альцгеймера.

Геномика

Опубликован первый пангеном человека

В прошлом году в руках ученых наконец-то оказался полный геном человека, покрывающий все последовательности ДНК — за исключением Y-хромосомы. Однако этот геном индивидуальный — он принадлежит гаплоидной клеточной линии CHM13hTERT. Это значит, что он не отражает разнообразие геномов человека как вида. Преодолеть это может сборка пангенома — референсного генома, который отражает генетические варианты, принадлежащие различным популяциям.

В новом номере Nature опубликован черновик первого пангенома человека. Секвенированные геномы 47 человек с различным происхождением объединены в единую сборку. Использование пангенома в качестве референсного снижает вероятность ошибок при выявлении структурных вариантов. Кроме того, он позволил лучше охарактеризовать повторяющиеся последовательности ДНК. В этом же выпуске Nature опубликовано два исследования, показывающие этот вывод. Одно посвящено изучению p-плечей акроцентрических хромосом, которые содержат множество повторов и способны рекомбинировать между собой, приводя к хромосомным аномалиям. Другая публикация изучает сегментные дупликации в геноме человека (дупликации локусов, перенесенные в новый участок генома), а это важный фактор эволюции.

С черновиком пангенома человека мы вступаем в новую эру геномов. И она, безусловно, принесет большое количество многих открытий, важных для всех вне зависимости от происхождения. — A draft human pangenome reference, Recombination between heterologous human acrocentric chromosomes, Increased mutation and gene conversion within human segmental duplications, «Биомолекула»: «Геном человека: как это было и как это будет».

Призрачные популяции древней Мексики

Пангеном человека отражает современное генетическое разнообразие человека. Изучение древней ДНК помогает нам понять, как оно менялось со временем. Одна из основных проблем таких исследований — отсутствие информации о неевропейских популяциях, в особенности субтропических и тропических. В этих географических областях климат, а также археологические и исторические факторы осложняют сохранение ДНК. Кроме того, влияет и финансирование таких проектов — оно зачастую зависит от крупных иностранных грантов, а местные исследователи нередко не играют главной роли в их исполнении.

Мексиканские палеогенетики и археологи опубликовали важное исследование о популяциях Мексики до прихода европейцев. Глобальное потепление, наблюдавшееся в конце первого тысячелетия нашей эры повлияло на местные цивилизации, однако этот вывод сделан исключительно по археологическим данным. Секвенирование древних геномов показало, что изменение климата не привело к переселению народов. Кроме того, эти геномы позволили определить две призрачные популяции мексиканцев. Их следы можно определить по геномам современных жителей Мексики, однако археологические находки, относящиеся к ним, пока отсутствуют. — Demographic history and genetic structure in pre-Hispanic Central Mexico, «Биомолекула»: «Древняя ДНК: привет из прошлого».

Эмбриология

Ранний органогенез макак в чашке Петри

Двум группам исследователей удалось воспроизвести ранний органогенез макаки-крабоеда в клеточной культуре. Это самые продвинутые эмбрионы приматов, которые были выращены вне матки — ученым удалось дорастить их до 25 дней после оплодотворения.

При этом удалось увидеть формирование нервной трубки, первичной кишки, гемопоэз в желточном мешке, а также развитие первичных половых клеток. Авторы выращивали эмбрионы в трехмерной системе на основе матригеля. Основные различия между методами у двух групп — в составе клеточной среды. Эти работы очень значительны, так как нам недостает понимания раннего развития приматов. Такие трехмерные культуры позволят пролить свет на многие процессы на данном этапе жизни человека. — Ex utero monkey embryogenesis from blastocyst to early organogenesis, Neurulation of the cynomolgus monkey embryo achieved from 3D blastocyst culture, «Биомолекула»: «Это не сказка и даже не сон — две недели in vitro живет эмбрион!».

Дети от трех родителей — опыт Великобритании

В журнале Nature обсуждают недавнюю новость о первых детях, рожденных от трех родителей. Восемь лет назад Великобритания одобрила митохондриальную замену — технологию искусственного оплодотворения, при которой ребенок имеет ядерные геномы от двух родителей, а митохондриальный геном — еще от одного. Донором яйцеклетки становится женщина с митохондриями без опасных мутаций в том случае, если «ядерная» мать имеет митохондриальные заболевания.

К сожалению, результаты введения этой технологии в клинику описаны лишь в кратком ответе от соответствующего регуляторного органа на запрос от газеты Guardian. Известно, что эта процедура проводилась в одной клинике, однако никакой информации о здоровье детей не приведено. А этот вопрос действительно интересует исследователей: может ли получится так, что митохондриальное заболевание все равно проявится у ребенка. Так что научное сообщество по-прежнему ждет полноценных данных. — First UK children born using three-person IVF: what scientists want to know, «Биомолекула»: «Трое в лодке: о легализации замены митохондрий».

Нейробиология

Переосмысление карты моторной коры

Франц Карл Ахард и щелочная вытяжка органического вещества из почвы

Рисунок из комментария к статье Gordon et al., 2023.
Сверху — традиционная схема «моторного гомункула». Снизу — карта, составленная по результатам фМРТ. Обратите внимание на вставочные участки (inter-effector regions), которые разделяют эффекторные участки, соответствующие различным частям тела.

Если вы когда-нибудь слушали лекции по нейробиологии, то наверняка вам знаком моторный гомункул — карта областей моторной коры, ответственных за движения различных частей тела. Его братец — сенсорный гомункул — отражает чувствительность разных участков тела. Команда американского исследователя Уайлдера Пенфилда стимулировала различные участки коры мозга и отмечала, какие части тела двигаются или чувствуют сигнал. Такая карта дискретна, и у так называемых гомункулусов Пенфилда четко выделены части тела. Среди них выделяются огромные кисти рук и лицо — двигательная активность и чувствительность зависят от степени иннервации органов. Однако гомункулам, возможно, скоро нужно будет уйти на пенсию.

Группа современных американских исследователей изучила моторную кору человека, на этот раз более современным методом функциональной МРТ. Участники исследования либо просто лежали, либо что-то делали. Оказалось, что моторная кора действительно организована дискретно, и некоторые участки отвечают за движение. Однако другие участки отвечают за когнитивный контроль этих движений, в том числе и тех, что человек собирается делать, но не сделал. — A somato-cognitive action network alternates with effector regions in motor cortex, «Биомолекула»: «Нейроинтерфейсы: как наука ставит людей на ноги».

Нервное торможение приводит к изменениям в глии

Работа мозга — это не только работа нейронов, но и клеток глии. Обе группы клеток влияют друг на друга, в том числе участвуют в регуляции нервных сетей. Возбуждающая нервная активность приводит к дифференцировке олигодендроцитов, создающих миелиновую оболочку в центральной нервной системе. А как на глию влияет нервное торможение?

Исследователи из Медицинского колледжа Бейлора показали, что оно влияет на астроциты — клетки глии, необходимые для поддержания работы нейронов (метаболизма, высвобождения нейромедиаторов, регуляции активности). Происходит это за счет рецептора гамма-аминомаслянной кислоты — основного тормозного нейромедиатора. Активация этого рецептора приводит к изменению морфологии астроцитов, а это, в свою очередь, приводит к модулированию их функции в отдельно взятом участке мозга. — Inhibitory input directs astrocyte morphogenesis through glial GABABR, «Биомолекула»: «От астроцита до нейрона: история одного превращения в живом мозге».

Эпигенетика

Эпигенетическая эволюция рака поджелудочной железы

Канцерогенез — пьеса со многими злодеями. Помимо онкогенных мутаций, на образование опухоли влияют и другие события. Например, воспаление инициирует образование опухолей поджелудочной железы. Однако очень мало известно о молекулярных механизмах этого процесса, а ведь это знание могло бы предоставить потенциальные мишени для терапии этого агрессивного типа опухолей.

Авторы проанализировали развитие опухоли: в здоровом состоянии, при воспалении, предраковом состоянии, злокачественном и метастазировании. Они изучили распределение участков открытого хроматина — локусов с активной транскрипцией, а также транскриптомы одиночных клеток. Объединив полученные данные, они обнаружили важную роль генов, которые ответственны за взаимодействие между клетками, а также белков, участвующих во взаимодействии иммунной системы и клеток эпителия, которые склонны к злокачественному перерождению. — Epigenetic plasticity cooperates with cell-cell interactions to direct pancreatic tumorigenesis, «Биомолекула»: «Микробиота и опухоли: новый шаг к пониманию причин канцерогенеза».

Почему голодающие дрозофилы живут дольше?

Голодание увеличивает продолжительность жизни экспериментальных животных: мышей, C. elegans и обезьян. Плодовые мухи пополнили этот список, а также пролили свет на то, как этот механизм может работать.

Исследователи проверили эффект не только ограничением дневного калоража, а также и ограничением потребления аминокислот с разветвленной цепью (в частности, изолейцина). Это приводило к чувству голода. Кроме того, ученые исследовали, как влияет на продолжительность жизни активация нейронов, связанных с поиском пищи. Удивительно, но все виды воздействий приводили к увеличению продолжительности жизни. Таким образом, само чувство голода увеличивало продолжительность жизни. Когда авторы исследовали модификации гистонов в мозге дрозофил, они обнаружили снижение ацетилирования гистонов, а также снижение общего уровня гистона H3. Как выяснилось, его в хроматине заменял гистон H3.3, связанный с активацией генов. Авторы предполагают, что продолжительный голод ускоряет приближение момента, когда дрозофила чувствует себя голодной, и это приводит к увеличению продолжительности жизни.

Однако данные, полученные на дрозофиле, сложно перенести на человека, поэтому заставлять себя голодать для увеличения продолжительности жизни не стоит. — Effects of hunger on neuronal histone modifications slow aging in Drosophila, «Биомолекула»: «Добавки не будет: голодание продлевает мышам жизнь. А что насчет людей?».

Охрана окружающей среды

Аксолотль процветает в лабораториях, но вымирает в природе

Аксолотль — животное, известное не только исследователям, которые пытаются понять, как этой амфибии удается регенерировать поврежденные конечности, глаза и даже участки мозга. Его симпатичная морда украшает банкноту в 50 мексиканских песо. Для ацтеков это животное было священным, воплощением Шолотля — бога огня смерти и трансформации. Однако трансформация самой Мексики приводит к исчезновению аксолотлей из-за снижения уровня воды в водоемах и интродукции карпа и тиляпии, которые кормятся икрой этих амфибий. Изучая образцы ДНК из предыдущих мест обитания, специалисты по охране окружающей среды перестали находить в них следы аксолотлей.

В лабораториях находится примерно миллион особей аксолотля. Вероятно, этот запас может восстановить популяцию. Тем не менее, без восстановления экосистем, где это животное должно жить, вероятно, не обойтись. — Mexico’s ‘salamander of the gods’ edges toward extinction, «Биомолекула»: «Иглистые мыши и их уникальные способности к регенерации».

Фармакология

Новый препарат от болезни Альцгеймера — ждать ли чуда?

В Science рассуждают о результатах клинического исследования донанемаба — препарата от болезни Альцгеймера. Компания Eli Lilly сообщила о том, что в исследовании третьей фазы у почти половины пациентов за год состояние не ухудшилось. Это выглядит очень оптимистично, учитывая, что действующего препарата против болезни Альцгеймера по-прежнему не существует.

Однако «это не чудо-препарат» — цитирует Science нейробиолога Николя Виллана. Как и недавно прошумевший препарат леканемаб, донанемаб — антитело против бета-амилоида. Прием леканемаба приводил к серьезным нежелательным явлениям у некоторых пациентов — отеку мозга и кровотечениям. У некоторых пациентов, принимавших донанемаб, наблюдались те же явления. В научном сообществе по-прежнему идут дебаты о том, как связана болезнь Альцгеймера и амилоидные бляшки. Положительные результаты исследования радуют ту половину, которая считает, что именно они приводят к болезни Альцгеймера. Тем не менее, нужны как дальнейшие клинические, так и доклинические исследования, чтобы найти препарат, который действительно эффективен и безопасен. — ‘It’s not a miracle drug’: Eli Lilly’s antibody slows Alzheimer’s disease but safety issues linger, «Биомолекула»: «β-амилоид: невидимый враг или тайный защитник? Запутанная тропка болезни Альцгеймера».

Комментарии