Онкология

«Семена» онкологии в печени

Не секрет, что опухоль может влиять на весь организм, метастазируясь во многих органах или системах органов. Однако это не единственный инструмент в арсенале онкологии. Как выяснили исследователи, опубликовавшие свою работу в Nature, микровезикулы опухолевых клеток влияют на воспаление и развитие жировой дистрофии в печени и усиливают побочные эффекты химиотерапии. Микровезикулы опухолевых клеток содержат набор жирных кислот, который индуцирует секрецию фактора некроза опухоли (TNF) клетками Купфера, создавая провоспалительную микросреду, подавляя метаболизм жирных кислот, что и влечет за собой последствия в виде жировой дистрофии печени. Однако блокада этого механизма может служить еще одним «ключиком» в борьбе против рака. — Tumour extracellular vesicles and particles induce liver metabolic dysfunction. «Биомолекула»: «Тернистый путь метастазов: через гипоксию в печень», «Экзосома — механизм координации и взаимопомощи клеток организма».

Молекулярка

Ремоделирование эндоплазматического ретикулума

Эндоплазматический ретикулум подвергается постоянным изменениям, адаптируясь под нужды клетки. Часто эти перестроения происходят путем ER-фагии (аутофагии эндоплазматического ретикулума), и работа, опубликованная в новом выпуске Nature, детально раскрывает механизмы этого явления. Исследователи выяснили, что убиквитинирование рецептора ER-фагии FAM134B ведет к кластеризации этих рецепторов и началу процесса ER-фагии. Моделирование молекулярной динамики позволило наглядно показать процесс искривления мембран и кластеризации, нарушая структуру домена гомологии ретикулонов и облегчая ремоделирование ретикулума. — Ubiquitination regulates ER-phagy and remodelling of endoplasmic reticulum.

Субъединицы SWI/SNF отвечают за «память» при митозе

Комплекс SWI/SNF отвечает за укладку хроматина особым образом, моделируя экспрессию генов. Однако до недавнего времени можно было лишь предполагать, как этот комплекс участвует в поддержании дифференцированного состояния клеток при митозе. Оказалось, что субъединицы комплекса SMARCE1 и SMARCB1 связаны с промоторами во время митоза, и новое исследование показало, что это связывание необходимо для соответствующей реактивации связанных генов после выхода из митоза. Таким образом, субъединицы SWI/SNF необходимы для соматически наследуемого фенотипа клеток и за передачу «памяти» о фенотипе при митозе. — Mitotic bookmarking by SWI/SNF subunits.

Перепрограммирование в РНК-разрушителей

Молекулы РНК являются перспективными мишенями при терапии многих заболеваний: обычно нацеливание на РНК достигается с помощью олигонуклеотидов, которые связываются и привлекают рибонуклеазу для расщепления мишени. «Обратная сторона медали» заключаются в том, что биологические функции РНК часто определяются их структурой, а на структурированные области трудно нацелиться большими молекулами. На помощь приходят малые молекулы, взаимодействующие с «карманами» в структурах РНК, но их недостаточно, чтобы вызывать биологический эффект. Тогда исследователи разработали новую стратегию нацеливания на РНК, которая основана на прикреплении «распознавателя» РНК ко второму соединению, которое связывается и активирует рибонуклеазу для расщепления мишени. — Programming inactive RNA-binding small molecules into bioactive degraders. «Биомолекула»: «Обо всех РНК на свете, больших и малых».

Низкомолекулярный активатор для кардиопротекции и нейрорегенерации

Использование активаторов киназ открывает новые горизонты в регенерации и защите тканей, иммунной стимуляции, заживлении ран. Это также относится к сигнальному пути PI3K, активация которого может иметь терапевтическое значение. В новой работе, опубликованной в Nature, сообщается об открытии UCL-TRO-1938 (938), низкомолекулярного активатора изоформы PI3Kα. Это соединение является селективным в отношении PI3Kα по сравнению с другими изоформами PI3K. Протестировав препарат на грызунах, исследователи выяснили, что он активирует сигнальный путь PI3K, обеспечивает кардиозащиту от ишемически-реперфузионного повреждения, усиливает регенерацию нервов. — A small-molecule PI3Kα activator for cardioprotection and neuroregeneration.

Посттрансляционные модификации и перепрограммирование клетки

Упаковка ДНК в нуклеосомы может препятствовать связыванию транскрипционных факторов с последовательностями-мишенями. Однако так называемые пионер-факторы транскрипции могут напрямую связывать хроматин и могут рекрутировать другие транскрипционные факторы путем создания доступного хроматина. Так, фактор SOX2 более эффективно связывается с нуклеосомами в присутствии пионер-фактора OCT4, а взаимодействие между OCT4 и SOX2 имеет решающее значение для раннего развития и перепрограммирования клетки. Статья, опубликованная в новом выпуске Nature, посвящена молекулярным механизмам взаимодействия между ними. Было показано, что связывание OCT4 вызывает изменения в структуре нуклеосом, перемещает нуклеосомную ДНК и облегчает совместное связывание дополнительных OCT4 и SOX2 с их внутренними сайтами связывания. — Histone modifications regulate pioneer transcription factor cooperativity.

Метаболическое созревание сердца

Сердце млекопитающего требует непрерывного снабжения энергией. Вместе с тем, кардиомиоциты могут использовать широкий спектр биомолекул в качестве «топлива» для извлечения АТФ. Кардиомиоциты плода в основном зависят от окисления глюкозы и лактата, но основным источником АТФ после рождения является окисление митохондриальных липидов. Исследователи обнаружили биомолекулу, отвечающие за такое «переключение» кардиолипидов. Этот переход координируется материнской γ-линоленовой кислотой (GLA), содержащейся в материнском молоке. Молекулы GLA связываются и активируют ретиноидные Х-рецепторы, — факторы транскрипции, которые экспрессируются в кардиомиоцитах эмбриона. После этого запускается экспрессия генов, необходимых для «метаболического созревания» сердца. — γ-Linolenic acid in maternal milk drives cardiac metabolic maturation.

Нейробиология

Травма спинного мозга — не приговор с новым интерфейсом «мозг — позвоночник»

Травмы спинного мозга, нарушающие связь между головным мозгом, подающим сигналы, и областью спинного мозга, обеспечивающей ходьбу, для пациентов почти всегда означали паралич. Однако исследователям удалось создать технологию, которая позволяет восстановить эту связь и вести нормальный образ жизни. Им удалось установить цифровой мост между двумя полностью имплантированными системами: системой записи в головном мозге, и стимуляции — в спинном, которые воспроизводят связь между кортикальными сигналами и эпидуральной стимуляцией, нацеленной на области спинного мозга, участвующие в производстве ходьбы. Новый интерфейс уже показал свою надежность при использовании в течение года и позволил пациентам стоять, ходить и даже подниматься по лестнице. — Walking naturally after spinal cord injury using a brain–spine interface.

Часть протеасомы регулирует синаптическую передачу

Убиквитин — жизненно важный белок во многих аспектах биологии млекопитающих, особенно в функционировании нервной системы. Убиквитин также опосредует АТФ-зависимую деградацию белка. При этом убиквитилированные белки нацеливаются на специальный регуляторный кэп 19S на протеасомном комплексе, где белки лишаются убиквитина, а затем деградируют. В новой работе на страницах Science сообщается, что в нейронах коры головного мозга крыс присутствуют растворимые частицы 19S, свободные от протеасомы. Эти частицы сохраняют свою деубиквитилирующую активность и регулируют синаптические белки и синаптическую передачу. — An abundance of free regulatory (19S) proteasome particles regulates neuronal synapses. «Биомолекула»: «Вездесущий убиквитин», «“Вездесущий убиквитин” возвращается», «Как клетка убирает мусор».

Структурка

Структурная основа обоняния

Зачем нам нужно обоняние? Наряду со зрением, слухом, вкусовыми ощущениями, обоняние позволяет воспринимать определенные сигналы и отвечает за различные виды поведения. Несмотря на важность обонятельных рецепторов, до сих пор нет данных криоэлектронной микроскопии структуры большинства обонятельных рецепторов млекопитающих. Новая работа, опубликованная в Nature, посвящена изучению структуры рецепторов следовых аминов (TAARs), отвечающих в том числе за влечение и отвращение. В статье сообщается о структурах мышиного TAAR9 (mTAAR9) и молекулярную основу связывания с этим рецептором, полученных с помощью криоэлектронной микроскопии. — Structural basis of amine odorant perception by a mammal olfactory receptor. «Биомолекула»: «Обоняние: от носа к мозгу, спотыкаясь и падая».

Зоология

Не просто аэродинамика и биомеханика

Асинхронный полет насекомых изучен достаточно детально: и биомеханика, и аэродинамика, и двигательные паттерны. Однако нейронная сеть, отвечающая за эти движения, была изучена совсем недавно. У большинства насекомых летательные мышцы образуют колебательную систему, которая генерирует частоту взмахов крыльев 100–1000 Гц. Мотонейроны (МН), которые иннервируют эти мышцы, срабатывают на гораздо более низких частотах, поэтому не активируют мышцы от цикла к циклу. Исследователи выяснили, что активность этих мотонейронов растянута во времени: оказывается, их синапсы устроены так, чтобы специально десинхронизировать нейронную сеть. Этому способствует и специфическая динамика возбудимости этих мотонейронов, и особый состав ионных каналов. В результате нейроны возбуждаются в строго определенной последовательности, что обеспечивает стабильную мощность взмаха крыльев. — Gap junctions desynchronize a neural circuit to stabilize insect flight.

Изменение климата и бессонница у самок суслика

Потепление климата в Арктике происходит так быстро, что это сказывается на физиологии обитающих там видов. Группа ученых проанализировала 25-летний набор данных по арктическим сусликам и обнаружила, что суслики отложили время начала выработки тепла во время спячки. Более того, самки начали выходить из спячки раньше, чем самцы. Такое несоответствие может повлиять на воспроизводство и сокращение численности этого вида. — Climate change is altering the physiology and phenology of an arctic hibernator.

Методы в биологии

Новое слово в оптической микроскопии

В новой работе, опубликованной в Nature, сообщается о методе оптической микроскопии, который может различать настолько крошечные объекты, что расстояние между двумя отдельными точками равно всего нескольким атомам. Этот метод был назван ДНК-штрих-кодированием. При этом каждая копия интересующей в эксперименте молекулы помечается отдельной флуоресцентной меткой, затем метки заставляют «мигать» и мигания, происходящие от разных меток, могут быть четко различимы. Собирая несколько морганий от каждой помеченной молекулы, среднее положение каждого набора морганий может быть определено с большой точностью. Исследователи продемонстрировали, что метод позволяет различать две метки, находящиеся всего в нескольких атомах друг от друга в инженерной структуре, состоящей из ДНК. — Ångström-resolution fluorescence microscopy. «Биомолекула»: «12 методов в картинках: микроскопия».

Микробиология

Малая РНК как переключатель для между острой и хронической инфекцией

Многие бактерии вызывают хронические заболевания своих хозяев. Однако иногда они распространяются из очагов инфекции в другие части тела, что приводит к острым системным заболеваниям. Какие молекулярные механизмы и условия окружающей среды за это отвечают, — рассказала новая статья, опубликованная в Nature. В качестве объекта исследователи использовали патоген Pseudomonas aeruginosa, который вызывает у человека как хроническую, так и острую инфекцию. Ученые исследовали уровень экспрессии гена sicX, который был самым высоким из всех генов, экспрессируемых при хронических раневых инфекциях. Однако при стандартном лабораторном выращивании уровень экспрессии сильно падал. Оказывается, этот ген кодирует малую РНК, которая индуцируется низким содержанием кислорода и отвечает за посттрансляционную регуляцию. В условиях повышенного содержания кислорода работа гена подавляется, и патоген переходит к стадии острой инфекции. — A Pseudomonas aeruginosa small RNA regulates chronic and acute infection. «Биомолекула»: «Малая РНК большого значения», «Кодирующие некодирующие РНК».

Подвижное сообщество цианобактерий

Азот океана в значительной степени фиксируется цианобактериями, в том числе Trichodesmium. Данные цианобактерии образуют разные формы агрегатов, которые отличаются также своими экологическими и биофизическими характеристиками. Авторы исследования, опубликованного в Science, сообщают, что агрегаты могут быстро изменять свою форму, реагируя в течение нескольких минут на изменения условий окружающей среды, стремясь сохранить агрегатную архитектуру. — Controlled motility in the cyanobacterium Trichodesmium regulates aggregate architecture.

Эволюция

Когда плавники были боковыми складками

Развитие парных придатков стало одним из ключевых событий эволюции, позволившим переход позвоночных от водных форм к наземным. Одна из гипотез эволюции парных плавников предполагает их происхождение от непарных срединных плавников через парные боковые складки. Непарные и парные плавники действительно имеют схожие структурные и молекулярные характеристики, однако у современных позвоночных нет боковых парных складок ни у взрослых особей, ни у личинок. В новом исследовании группа ученых определила, что непарная преанальная плавниковая складка у личиночных рыбок данио происходит от мезодермы латеральной пластинки и, таким образом, может представлять собой промежуточное звено в развитии между срединными и парными плавниками. Это свидетельствует о том, что боковые плавниковые складки действительно могли существовать как эмбриональные зачатки для развития парных плавников. — A median fin derived from the lateral plate mesoderm and the origin of paired fins.

Экология

Первые в своем роде

Патогены сельскохозяйственных культур, в частности, паразитические нематоды, являются серьезной проблемой в свете все возрастающей нехватки продовольствия. Большинство традиционных нематицидов были запрещены из-за низкой селективности в отношении нематод, в результате чего у фермеров остались неадекватные средства борьбы с вредителями. В работе, опубликованной на страницах Nature, исследователи сообщают о селектевинах, — веществах, которые подвергаются опосредованной цитохромом р450 биоактивации у нематод. Исследования показали, что селектевины куда более избирательны в отношении нематод, чем большинство продаваемых нематоцидов. — Selective control of parasitic nematodes using bioactivated nematicides. «Биомолекула»: «Коварные помощники человечества: пестициды», «Контроль за пестицидами. Полиция в белых халатах».

Как растения используют микробные сообщества для выживания

Как и любые живые организмы на планете Земля, растения вынуждены акклиматизироваться, адаптироваться или мигрировать, чтобы избежать исчезновения. В своих движениях, как известно, растения ограничены; однако, они научились использовать изменения в микробных ассоциациях как альтернативный источник устойчивости к изменениям климата. Так, саженцы деревьев, инокулированные микробными сообществами из более сухих, теплых или холодных мест, демонстрируют более высокую выживаемость при засухе, жаре или холоде соответственно. — Shifting microbial communities can enhance tree tolerance to changing climates.

Иммунология

Как цитотоксические Т-лимфоциты самоограничивают передачу сигнала

Цитотоксические Т-лимфоциты убивают опухолевые и инфицированные клетки посредством распознавания Т-клеточным рецептором (TCR). В исследовании, результаты которого опубликованы в новом выпуске Science, исследователи обнаружили, что активация Т-клеточного рецептора (TCR) вызывает «отпочковывание» мембран с активированными рецепторами, или экзоцитоз. Когда эктосомы отпочковываются, цитотоксические Т-лимфоциты и их клетки-мишени разделяются, что позволяет продолжить их серийное уничтожение. — Ectocytosis renders T cell receptor signaling self-limiting at the immune synapse. «Биомолекула»: «Т-лимфоциты: путешественники и домоседы», «Т-клетки — марионетки, или как перепрограммировать Т-лимфоциты, чтобы вылечить рак».