Nature от 19 марта 2015: откуда есть пошел английский народ, родословная дарвиновских копытных и «шумные» промоторы

• Биогеохимия. Леса Амазонии служат «стоком» углерода, циркулирующего в атмосфере в форме углекислого газа. Исследование показало, что емкость этого резервуара почти исчерпана. Что же дальше будет? — Signs of saturation in the tropical carbon sink, Long-term decline of the Amazon carbon sink.
• Популяционная генетика. Откуда есть пошел английский народ. Стоит только отгенотипировать жителей разных уголков Великобритании, как встает перед глазами историческое и доисторическое прошлое, выясняется, что между мезолитическим и романским нашествием было еще какое-то европейское вторжение на Британские острова, что кельты — это не один народ, а несколько разных субгрупп, а англосаксы — наоборот, один. — The fine-scale genetic structure of the British population.
• Молекулярная биология. Белок тубулин у эукариот является ключевым элементом в цитоскелете, а его бактериальный гомолог FtsZ выполняет иную роль — клеточной перетяжки во время деления. У архей кроме FtsZ бывает еще CetZ, который, подобно тубулину, определяет размер и форму клеток архей. — CetZ tubulin-like proteins control archaeal cell shape.
• Молекулярная биология. Оказывается, при окислительном стрессе тирозил-тРНК-синтетаза не синтезом белка занимается, а мчится в ядро и там включает всякие защитные механизмы. Новое средство ото всего ресвератрол (кардионейропротективное, антираковое, антидиабетическое, антивирусное, противовоспалительное и просто удлиняет жизнь) похоже по структуре на тирозин. Вот тут высказано предположение, что ресвератрол связывается с тирозил-тРНК-синтетазой и заставляет ее идти в ядро и собирать армию антистрессовых белков. А еще ресвератрол содержится в красном вине, о чем очень любят упоминать в научных новостях и некоторых застольных разговорах. — A human tRNA synthetase is a potent PARP1-activating effector target for resveratrol.
• Молекулярная биология. Считается, что 5′-кэп — это то, что отличает эукариотические мРНК от бактериальных, у которых там просто трифосфат. Однако оказалось, что иногда роль этого кэпа у бактерий может выполнять никотинамидадениндинуклеотид. Спасибо, Кэп. — NAD captureSeq indicates NAD as a bacterial cap for a subset of regulatory RNAs.
• Эволюция. Чарльз Дарвин, кроме прочего, первым открыл вымершую около 10 тыс. лет назад группу южноамериканских млекопитающих, с виду являющихся странными гибридами жирафа, слона и носорога. Зоологи поломали немало копий относительно эволюции этих существ и их ближайшего родства — показания разнились от «настоящих» копытных до слонов или даже броненосцев. В этой работе молекулярно-филогенетический анализ, проведенный по ископаемому коллагену (поскольку ДНК так долго могла бы пролежать лишь в мерзлоте), поставил точку в споре: ближайшими родственниками оказались непарнокопытные, такие как лошадь, тапир или носорог. — Ancient proteins resolve the evolutionary history of Darwin’s South American ungulates.
• Молекулярная биология, методология. Начиная с прошлого года визуализировать РНК in vivo можно было, пометив аденины и цитозины — это прекрасно, но как-то недостаточно, все равно, что читать в слове только каждую вторую букву (п_а_д_, н_у_о_н_?). А теперь вот можно смотреть на все четыре основания РНК и понимать, как она там устроена, ура. — Structural imprints in vivo decode RNA regulatory mechanisms.
• Молекулярная биология, методология. А можно еще ухватить участки двойных спиралей в РНК каким-нибудь РНК-связывающим белком, а потом их идентифицировать, и тоже узнать вторичную структуру РНК, тоже ура. — hiCLIP reveals the in vivo atlas of mRNA secondary structures recognized by Staufen 1.
• Молекулярная биология. Помните, как в одной сказке Иван-царевич узнал Марью-царевну из пятидесяти девушек, когда на темечко ей села белая голубка? Примерно так же и DGCR8 распознает при-микроРНК, когда ее метилировала METTL3. — N⁶-methyladenosine marks primary microRNAs for processing.
• Биология развития. Всем известно, что носатки, равно как и многие другие насекомые, родятся в разных модификациях: длиннокрылые более приспособлены для миграций и освоения новых территорий, а короткокрылые оставляют больше потомства. А управляется это, как оказалось, активацией разных форм инсулинового рецептора. — Two insulin receptors determine alternative wing morphs in planthoppers.
• Стволовые клетки. Стволовые клетки, тканевые ниши, дифференциация и пролиферация, энхансеры, транскрипционные платформы, суперэнхансеры, SOX9, хроматиновый реостат — вот это вот всё. — Pioneer factors govern super-enhancer dynamics in stem cell plasticity and lineage choice.
• Молекулярная биология. Миграция клеток — сложный процесс, основанный не только на восприятии сигнала, но и на цепи перестроек цитоскелета и изменений мембраной своей формы. А значит, и удивляться нечего, что в основе лежит молекулярный путь MAP4K4—moesin—талин—β1-интегрин. — MAP4K4 regulates integrin-FERM binding to control endothelial cell motility.
• Кардиология. Циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) играет в сердце защитную функцию, опосредуя действие монооксида азота и натрийуретического пептида. Однако цГМФ постоянно расщепляется различными фосфодиэстеразами (ФДЭ), так что его уровень сохранить непросто, не затронув при этом других процессов. Впрочем, оказалось, что фермент ФДЭ-9 работает исключительно в сердце, и если прицельно ингибировать именно его, это поможет предотвратить сердечную недостаточность. — A big-hearted molecule, Phosphodiesterase 9A controls nitric-oxide-independent cGMP and hypertrophic heart disease.
• Рак, Клеточная смерть. Если кто совсем не знает биологию, для него будет сюрпризом, что для клеток «самоубийство» — это нормальная часть морального кодекса. Ну а если кто знает — он в курсе, что форм самоубийства открыто уже под 20 штук, и апоптоз среди них — лишь самая известная, а белок p53, называемый «стражем генома», координирует всё это, в норме не позволяя клеткам становиться раковыми. Ну и тогда совсем уж нечего удивляться, что p53 участвует в еще одной форме клеточной смерти, названной ферроптозом (название связано с тем, что в биохимии процесса принимает роль железо). — A piece of the p53 puzzle, Ferroptosis as a p53-mediated activity during tumour suppression.
• Биология развития. Человеческое тело — сложная инженерная конструкция, где клетки безупречно образуют ткани, из которых презиционно строятся органы, которые, в свою очередь, филигранно собираются в 3D. Чтобы все это работало, морфогенез должен действовать с ювелирной точностью, иначе, например, хрусталик в глазу встанет чуть-чуть не так, и смотреть через него уже не получится. В этой работе открыта роль белка YAP в распределении и восприятии тканями сил и давлений, необходимых для правильного построения спортивных и довольных жизнью тел. — YAP is essential for tissue tension to ensure vertebrate 3D body shape.
• Молекулярная биология. Биологические системы, в отличие от технических, принципиально какие-то «разболтанные» и содержат много «шума». Как ни странно, видимо, именно это и позволяет им быть самоподдерживающимися и устойчивыми в течение жизни. В этой работе показано, что существует даже эволюционный отбор на «шумные» промоторы генов, признаком которых является большой разброс активности генов в 100%-идентичных клетках. Такие дела. — Selection on noise constrains variation in a eukaryotic promoter.
• Структурка. Криоэлектронномикроскопическая структура протективного антигена токсина сибирской язвы, его pH-чувствительность и механизм транслокации через эндосомальные мембраны. — Atomic structure of anthrax protective antigen pore elucidates toxin translocation.
• Технология. Флуоресцентное мечение принесло настоящую революцию в биологию, но у него есть свои ограничения по применению в живых организмах из-за непрозрачности тканей. В этой работе описывается дизайн меток, регистрируемых при помощи спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), спектр которых чувствительно и специфическим образом меняется в зависимости от условий, а сама метка может быть биосовместимой и безопасной. Очередное пополнение арсенала. — Shape-changing magnetic assemblies as high-sensitivity NMR-readable nanoprobes.

Science #347 (6228): пугающие перспективы геномного редактирования, «умные» материалы и обуздание аутоиммуности

• Биоэтика. В 1975 году в США прошла конференция молекулярных биологов, на которой обсуждалась возможность практического использования только что появившейся тогда и выглядевшей воистину грозно генетической инженерии. Сейчас, похоже, возникла потребность в новой сходке: появление методик сравнительно легкого редактирования генома — CRISPR-Cas9, TALEN, методики «цинковых пальцев» — открывает невиданные перспективы по избавлению от наследственных заболеваний путем генетического редактирования эмбрионов. Однако кто знает, какие опасности таит отмена вето на подобные эксперименты? — Embryo engineering alarm, A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. См. также: А не замахнуться ли нам на... изменение генома?
• Биотехнологии, вынос мозга. Туда же: исследователи открыли вышибающий из-под ног менделевскую почву способ введения в геном мутаций, которые не распределяются по комбинаторным законам, а «захватывают» геном полностью, распространяясь по всем хромосомам в 100% потомков. Утверждается, что таким образом можно «заразить» всю популяцию и даже весь вид желаемой мутацией, заблокировав, например, малярийному плазмодию возможность передаваться людям в течение всего лишь одного сезона размножения малярийных комаров (то есть, одного лета). Метод назвали «цепной реакцией генетических мутаций». Как бы только среди людей теперь не распространился какой-нибудь ген сине-зеленой смерти, ох-ох. — Biologists devise invasion plan for mutations, The mutagenic chain reaction: A method for converting heterozygous to homozygous mutations. См. также: Цепная реакция генных мутаций вызвала опасения у ученых
  биомолекула: «Мутагенная цепная реакция: редактирование геномов на грани фантастики»
• Нейробиология. Исходно считалось, что мишенью действия антиэпилептических препаратов должно быть «сердце» нейрона — ионные каналы, которые отвечают за весь спектр сигнальной активности нейронов. В этой работе проповедуется другой подход: припадки можно снимать, создавая для нервных клеток благоприятную «диету», своевременно ингибируя в мозге лактатдегидрогеназу. — Metabolic control of epilepsy, Targeting LDH enzymes with a stiripentol analog to treat epilepsy.
• Статистика. В былые годы биология являлась наукой чисто описательной, но это ж когда было-то. Сейчас биология — наука о данных. В этом эссе анализируются главные ошибки в анализе экспериментов, основанных на большом количестве наблюдений: оказывается, это даже не вопрос воспроизводимости, а вообще вопрос того, какой вопрос ставится исследователями. — What is the question?
• Технология. Как и где именно будут «включаться» гены, а также активироваться синтез белка на матрице мРНК — ключевой вопрос развития организмов. Международный исследовательский коллектив предлагает вниманию новую методику, основанную на флуоресцентной микроскопии, которая позволяет видеть, где и когда стартует трансляция на молекулах мРНК. Оказывается, некоторые связываются с рибосомами и начинают исполнять свой долг почти сразу после выхода из ядра, другие же сначала доставляются в нужную область клетки. — A TRICK’n way to see the pioneer round of translation, An RNA biosensor for imaging the first round of translation from single cells to living animals. См. также: Транспортная мРНК.
• Стволовые клетки. Старение организма не управляется чем-то одним, и ученые то и дело находят белки и метаболические пути, которые связаны с клеточной и организменной старостью. В этой работе нашли связь между сиртуином-7, митохондриальным процессом UPR^mt и старением гематопоэтических стволовых клеток. Вот только долгожительства это опять, скорее всего, достичь не поможет. — Holding your breath for longevity, A mitochondrial UPR-mediated metabolic checkpoint regulates hematopoietic stem cell aging.
• Материаловедение. Человечество, заглядываясь на увиденное в природе, давно уже грезит «умными» материалами, способными менять свойства, адаптироваться к нагрузкам, самостоятельно чинить собранные из них конструкции и интегрировать и обрабатывать информацию окружающей среды, адекватно меняясь в ответ. Помните терминатора из жидкого металла, да? В этом обзоре рассказывается, что из названного пока фантастика, а что — уже нет. — Materials that couple sensing, actuation, computation, and communication.
• Технология. Комплементарность нуклеиновых кислот лежит в основе множества генетических и регуляторных процессов в клетке. В этой статье описана технология, основанная на микроскопии сверхвысокого разрешения, позволяющая регистрировать кинетику взаимодействия коротких РНК с матричными РНК, в результате чего в бактериях происходит деградация последних. — Determination of in vivo target search kinetics of regulatory noncoding RNA. См. также: Лучше один раз увидеть, или микроскопия сверхвысокого разрешения.
• Иммунология. В иммунитете есть система распознавания «свой-чужой», позволяющая в норме клеткам не реагировать на собственные антигены, а то иначе просыпаются аутоиммунные заболевания. Так вот, существует регулятор аутоиммунности Aire — транскрипционный фактор, активный в перинатальном периоде жизни и «следящий» за тем, чтобы не было аутоиммунности. В этой статье обнаружили, что доля регуляторных T-лимфоцитов (T_reg Foxp3⁺CD4⁺), образующихся в эти весьма ранние периоды развития, остается в циркуляции в течение всей жизни, видимо, способствуя контролю за аутоиммунными реакциями. — Regulatory T cells generated early in life play a distinct role in maintaining self-tolerance.

Этот выпуск дайджеста написан совместно с Верой Башмаковой.