Нейробиология

Когда угроза миновала: как мозг контролирует угасание страха

Исследователи из США определили нервный контур в головном мозге мышей, который запускает угасание страха (fear extinction) — подавление воспоминаний о ранее пугающем стимуле, когда он не представляет реальной опасности. Грызунов помещали в камеры, где они получали несильный, но неприятный удар током по лапкам и демонстрировали реакцию замирания, вызванную страхом. Процедуру повторяли на следующий день, но не включали ток, и наблюдали за поведением животных. Одновременно, оценивали активность двух групп нейронов в базолатеральном ядре миндалевидного тела (BLA), одна из которых связана с переживанием страха, другая — подкреплением (вознаграждением).

Ученые выяснили, что обе популяции получают входы от продуцирующих дофамин нейронов вентральной тегментальной области (ventral tegmental area, VTA). Оказавшись повторно в пугающей камере, мыши начинали «расслабляться», то есть выходить из замирания, примерно через 15 минут после попадания, что сопровождалось дофаминовой активацией нейронов BLA, отвечающих за вознаграждение. При помощи оптогенетической стимуляции ученые усилили этот эффект и ускорили угасание страха у мышей при нахождении в камере. Авторы отметили, что осуществили только начальный этап исследования: необходимо продолжить изучение, чтобы подтвердить применимость полученных результатов к людям. Однако оно обладает потенциальной пользой для разработки лекарств для лечения посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) и других состояний, связанных с травмирующими воспоминаниями. — ‘Fear extinction’ signal in mouse brain offers clues about how to treat PTSD, Dopamine induces fear extinction by activating the reward-responding amygdala neurons, «Биомолекула»: «Страх и ненависть в миндалине: как возникает агрессия?».

Вегетативные реакции помогут более точно диагностировать некоторые нарушения слуха

Другая научная группа обнаружила объективные физиологические показатели нарушений слуха, таких как тиннитус (звон в ушах) и гиперакузия (повышенная чувствительность к звукам). Ранее их диагностировали только на основании субъективных ощущений людей, отраженных в стандартных опросниках. В исследовании приняли участие 47 взрослых человек с тиннитусом и гиперакузией и 50 человек без подобных слуховых расстройств. У пациентов с нарушениями отметили небольшое расширение зрачка, а также мимические реакции на звуки, которых не было у людей с неизмененным слухом. Эти маркеры коррелировали с тяжестью симптомов, оцененной по стандартным опросникам для тиннитуса Tinnitus Handicap Inventory (THI) и гиперакузии Hyperacusis Questionnaire (HQ). По мнению авторов работы, выявленные показатели могут стать основой для объективной диагностики слуховых расстройств. — Objective autonomic signatures of tinnitus and sound sensitivity disorders, «Биомолекула»: «Поймать звук: от молекул до импланта, слышащего свет».

Метаболизм и его нарушение

Нездоровый эффект церамидов связан с активацией сопряженного с G-белком рецептора

Липиды не только входят в состав мембран клеток и их органоидов, но и выполняют сигнальную функцию. Китайское исследование, опубликованное в Science, описывает молекулярный механизм, посредством которого церамиды, относящиеся к числу сфинголипидов, влияют на обменные процессы. Было показано, что насыщенные церамиды, содержащие цепь из 20 и менее (18, 16) атомов углерода, специфично связываются с сопряженным с G-белком трансмембранным рецептором FPR2 клеток жировой ткани (адипоцитов). Активация рецептора этими липидами подавляла термогенез — выработку тепла — в бурой жировой ткани и могла вызывать неблагоприятные изменения в обмене веществ мышей, получавших пищу с высоким содержанием жиров. Любопытно, что эволюционно близкие к FPR2 рецепторы FPR1 и FPR3 не активировались церамидами. Таким образом, новая работа проясняет, как повышенный уровень церамидов, характерный для диабета, ожирения, заболеваний печени, может напрямую влиять на функцию жировой ткани через рецептор FPR2 — потенциальную мишень для терапии.– Metabolic signaling of ceramides through the FPR2 receptor inhibits adipocyte thermogenesis, «Биомолекула»: «Болезни и изменения клеточного метаболизма».

Метаболит кишечного грибка защитил печень мышей с симптоматикой стеатогепатоза

Продолжим тему церамидов вместе с еще одним исследовательским коллективом из Китая. Ученые заметили, что грибок Fusarium foetens, широко распространенный в кишечнике людей, облегчал симптомы неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) в мышиной модели. При помощи нового метода культивирования авторы работы выделили штаммы грибка из образцов человеческих фекалий, что ранее представляло сложность из-за конкуренции с кишечными бактериями. Введение F. foetens грызунам, моделирующим НАЖБП, улучшило состояние печени, в частности, снизило воспаление и рубцевание (фиброз) тканей. Оказалось, что нити грибка выделяли вещество FF-C1, которое подавляло активность фермента CerS6, участвующего в синтезе церамидов. Хотя механизм действия F. foetens требует дальнейшего изучения, полученные результаты могут стать основой для разработки новых методов лечения НАЖБП, от которой страдает около трети взрослого населения земного шара. — A symbiotic filamentous gut fungus ameliorates MASH via a secondary metabolite–CerS6–ceramide axis, «Биомолекула»: «“Резервный” механизм восстановления печени».

Древняя ДНК

Генетический аргумент в давнем споре индейских племен

Пикурис Пуэбло (Picuris Pueblo), коренной индейский народ американского штата Нью-Мексико, из поколения в поколение передает сказания и артефакты, которые указывают на родство с древним поселением каньона Чако — некогда процветающим культурным центром, известным своими масштабными постройками («великими домами»). Однако официальные власти США продолжают игнорировать предания племени в решении вопросов о защите культурного наследия или освоении территорий, в частности, в споре вокруг нефте- и газодобычи на территории, прилегающей к каньону. В поисках генетических доказательств члены племени обратились к датским палеогенетикам, сохранив за собой право контролировать ход работы и доступ к данным.

Исследователи сравнили геномы из останков 16 древних людей Пикурис Пуэбло и 13 современных представителей. Также проанализировали ранее опубликованную информацию о ДНК жителей древнего поселения Пуэбло Бонито в каньоне Чако. Результаты подтвердили не только генетическую преемственность между ранее и ныне живущими индейцами Пикурис Пуэбло, но и их родство с населением каньона Чако. Кроме того, геномы древних представителей племени не содержали примеси атабаскских народов — предков племен навахо и апачей, что опровергло гипотезу о раннем (до 1500 н. э.) появлении этих групп на юго-западе США. В будущем представители Пикурис Пуэбло планируют использовать генетические данные для изучения проблем здоровья, таких как диабет и рак. — Native American tribe teams up with genomicists to confirm link to iconic ancient site, Picuris Pueblo oral history and genomics reveal continuity in US Southwest, «Биомолекула»: «Древняя ДНК: привет из прошлого».

Технологии

Белковые «ножницы», которые отредактируют белки за 10 минут

Ученые из США разработали инновационный метод редактирования белков непосредственно в живых клетках млекопитающих. Метод основан на использовании разделенных пар интеинов — аминокислотных последовательностей, способных к самовырезанию из белка. К целевому белку с акцепторным участком добавляют белок-донор с интересующей химической группой. Как акцепторный участок, так и внедряемый фрагмент окружены с двух концов интеинами, которые при сближении белков восстанавливают пары и самостоятельно отделяются от целевого белка, прихватив акцепторный участок. Образовавшаяся «брешь» заполняется химической группой. Она может иметь разную природу, включая нестандартные аминокислоты и полимеры.

Эффективность интеиновых «ножниц» протестировали на нескольких белках, включая кальнексин, β-актин, транскрипционный фактор c-Myc и киназу Chk1 — они сохранили работоспособность после редактирования. Этот процесс занял не более 10 минут, что позволило исследователям наблюдать изменения в режиме реального времени. По словам авторов работы, использование интеинов открывает возможность для изучения влияния разных химических групп на функцию и перемещение белков в клетках. Вместе с редактированием генов при помощи CRISPR, оно расширяет инструментарий клеточной и молекулярной биологии. В то же время, технология обладает рядом ограничений: она применима для изменения определенных участков белков, требует предварительной генетической модификации клеток для получения белков с акцепторным сайтом и пока не подходит для исследований in vivo. — Intracellular protein editing enables incorporation of noncanonical residues in endogenous proteins, «Биомолекула»: «Белки против РНК — кто первым придумал сплайсинг?».

Красивое

Конфликт внешней и внутренней геометрии лепестков как основа красоты роз

Для постижения секретов красоты необходим междисциплинарный подход, что доказало новое исследование на стыке ботаники, физики и математики. Оно опубликовано в журнале Science. Израильские физики выяснили, как лепестки роз приобретают уникальную форму. Они, в отличие от тех же частей цветка других растений, развиваются под действием более сложного механизма. По мере роста края лепестков заостряются в результате нарастающего противоречия между плоской внутренней и цилиндрической внешней структурой лепестка. Из-за геометрического несоответствия лепесток не может равномерно занять трехмерное пространство — возникает несовместимость Майнарди-Кодацци-Петерсона.

Исследователи подтвердили свою теорию экспериментами с живыми лепестками и их искусственными аналогами из эластичного пластика. Моделирование показало, что такая форма минимизирует энергию деформации (растяжения и изгиба) при росте. Хотя биологическая роль этого механизма пока не ясна, ученые предполагают, что она может быть полезна в привлечении опылителей и накоплении росы или повышать механическую прочность цветка. Полученные результаты могут найти применение в архитектуре и инженерии, предлагая новые принципы создания структур со сложной геометрией. — Geometrically frustrated rose petals.

Эстетичное прощание с апрелем от Nature

Специалисты Nature Photo завершили апрель подборкой лучших, по их мнению, научных фотографий и видео месяца. Остановимся на некоторых из них. Увидеть коллекцию снимков полностью можно по ссылке: Did a tardigrade get the world’s tiniest tattoo? April’s best science images.

Ледяная татуировка. Ученые попробовали себя в роли тату-мастеров, а их клиентом стала крошечная тихоходка, размеры которой не превышают 1,5 мм. Исследователи применили технику ледяной литографии: с помощью электронного луча они нанесли рисунок на слой льда, покрывающий животное. В участках касания луча лед преобразовался в вещество, которое прилипло к коже тихоходки и осталось в виде узора (точки на фото), в то время как остальная его часть испарилась. Сейчас исследователи упражняются в нанесении аналогичных «тату» на еще более маленькие организмы, в частности, бактерий. — Patterning on Living Tardigrades.

Детеныш гиганта. Впервые в истории ученым удалось запечатлеть детеныша антарктического гигантского кальмара (Mesonychoteuthis hamiltoni) в естественной среде обитания. 30-сантиметровый моллюск был обнаружен на глубине 600 метров вблизи Южных Сандвичевых островов в Атлантике при помощи аппарата с дистанционным управлением. С возрастом тело малыша-кальмара станет непрозрачным, а его размеры могут достичь 7 метров! — First Confirmed Footage of a Colossal Squid—and it’s a Baby!

Друзья Земли. В честь международного Дня Земли, который ежегодно празднуется 22 апреля, студенты высадили саженцы мангровых деревьев в Банда-Ачехе (Индонезия). Несмотря на то, что в этой стране произрастает 20% мангровых лесов всего мира, эти экосистемы сильно пострадали от хозяйственной деятельности и цунами в Индийском океане в 2004 году. — On Earth Day 2025, Indonesia marks the occasion with mangrove plantation drive.