https://biolabmix.ru/catalog/rna-transcription-mrna/?erid=LdtCKWnpq
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

SciNat за март 2023 #2: чудеса на островах, пчелиные уроки танцев и как мшанки запутали ученых

SciNat за март 2023 #2: чудеса на островах, пчелиные уроки танцев и как мшанки запутали ученых

  • 285
  • 0,1
  • 0
  • 1
Добавить в избранное print
Дайджест

На обложке второго мартовского выпуска крупнейшего научного журнала Science изображены одни из самых удивительных социальных насекомых — медоносные пчелы (Apis mellifera). Не менее удивителен и исполняемый ими танец: пчела «танцует» его, чтобы указать сородичам местонахождение источника пищи. Оказывается, даже насекомым приходится посещать «уроки танцев», прежде чем они смогут исполнить его самостоятельно. Подробнее об этом удивительном явлении можно прочесть на страницах Science и, конечно, в нашем дайджесте. — Social signal learning of the waggle dance in honey bees.

Выпуски крупнейших научных журналов Science и Nature, кажется, удивили не только своих читателей, но и исследователей, чьи работы там представлены: например, животные, которых раньше относили к Мшанкам, оказались вовсе не Мшанками — и даже не животными, а всего лишь водорослями, что породило ряд дополнительных вопросов к эволюции Мшанок. «Структурные» исследования на страницах Nature позволят узнать намного больше о рецепторах, сопряженных с G-белком, как и статья, которая точно ответит на вопрос, откуда берутся «простудные» симптомы. А исследования со страниц Science расскажут об удивительном танце пчел и новых технологиях, позволяющих в режиме реального времени рассмотреть передвижения кинезина.

Эволюция

Как мшанки обманули ученых

Мшанки, колониальные водные первичноротые животные, имеют достаточно изученную биологию. Однако к их эволюции у нас по-прежнему много вопросов, а после исследования, опубликованного на прошедшей неделе в Nature, их количество не убавилось. Дело в том, что окаменелости мшанок трудно отличить от скелетов других групп животных и водорослей, а потому непросто изучить и их происхождение. Тем не менее, из всех кандидатов на роль кембрийских мшанок наиболее убедительными казались останки Protomelission gateshousei. Однако, взглянув по-новому на анатомию родственных их организмов, исследователи пришли к выводу, что Protomelission — всего лишь ранняя зеленая водоросль! У нас не осталось ни одних однозначных окаменелостей мшанок кембрийского периода. Если так, возможно ли, что они эволюционировали позднее? — Protomelission is an early dasyclad alga and not a Cambrian bryozoan.

Чудеса на островах

Острова давно признаны своеобразными эволюционными аренами, которые могут привести к необычным эволюционным траекториям, таким как карликовость и гигантизм. Проанализировав существующие поныне и вымершие виды, ученые пришли к выводу, что как карликовые, так и гигантские виды больше подвержены риску исчезновения. Риск исчезновения необычных островных млекопитающих усугубился появлением современных людей, научившихся плавать, что привело к почти полной гибели этих знаковых чудес островной эволюции. — Dwarfism and gigantism drive human-mediated extinctions on islands.

Структурка

Как бактерии «заряжаются» водородом?

Следующее исследование, опубликованное в Nature, описывает структуру важнейшего фермента, помогающего бактериям извлекать энергию из атмосферного H2. С помощью криоэлектронной микроскопии исследователи определили структуру гидрогеназы Huc и механизм ее действия. Этот нечувствительный к кислороду фермент сочетает окисление атмосферного H2 с гидрированием переносчика электронов менахинона, при этом Huc использует узкие гидрофобные газовые каналы для селективного связывания атмосферного H2 за счет O2, а специальные железосерные кластеры модулируют свойства фермента так, что этот процесс становится энергетически возможным. Эти открытия могут быть полезны, например, для разработки катализаторов, окисляющих H2 в окружающем воздухе. — Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen, «Биомолекула»: «Бактерии для водородной энергетики».

Балансирующая структура рецептора

Рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCRs), — большое семейство трансмембранных рецепторов, отвечающих за активацию внутриклеточных путей передачи сигнала. GPCRs выполняют широкий спектр физиологических функций, от зрения и обоняния до регуляции поведения и настроения, поэтому детальный процесс передачи сигнала через эти рецепторы так интересен с точки зрения медицины и фармакологии. Новая работа про GPCRs, опубликованная в Nature, рассказывает о роли третьей внутриклеточной петли (ICL3) в передаче сигнала через этот рецептор. Оказывается, ICL3 автоматически регулирует активность рецептора посредством конформационного равновесия между состояниями, которые блокируют или обнажают сайт связывания G-белка рецептора. Молекулы эффекторы «нарушают равновесие» этой структуры, и рецептор аллостерически активируется. — Autoregulation of GPCR signalling through the third intracellular loop, «Биомолекула»: «Аллостерические регуляторы GPCR: ключи от всех замков».

Цис- или транс-лиганд — вот в чем вопрос диссоциации

Еще одна статья во втором мартовском выпуске Nature посвящена рецепторам GPCRs семейства адгезии. Процессинг этих рецепторов связан с расщеплением. Детально изучив этот процесс, исследователи выяснили, что диссоциация рецепторов происходит в нейронах и глиальных клетках коры. При этом необходимо транс-взаимодействие между кальций-независимым рецептором латротоксина (нейрональный пресинаптический рецептор) и его лигандом Toll-8, а цис-взаимодействие, наоборот, подавляет диссоциацию. Это взаимодействие необходимо для контроля пула нейробластов в центральной нервной системе. Исследователи пришли к выводу, что диссоциация aGPCR контролируется профилем экспрессии их лиганда. — Molecular sensing of mechano- and ligand-dependent adhesion GPCR dissociation, «Биомолекула»: «Структуры рецепторов GPCR „в копилку“».

Физиология

Нейроны насморка

Нам хорошо знакомы досадные симптомы, сопровождающие респираторные заболевания: лихорадка, потеря аппетита, вялость, тошнота, головная боль... Это говорит о том, что патогены, заражающие респираторные пути, влияют и на нервную систему. Как они это делают, выяснили исследователи, опубликовавшие свою работу в последнем выпуске научного медиагиганта. Известно, что при инфекции иммунные клетки выделяют целый шквал цитокинов, многие из которых узнаются нейронами. А вот известный нам аспирин из аптеки, например, блокирует выработку простагландина E2, который при болезни пересекает гематоэнцефалический барьер, чтобы провзаимодействовать с нейронами. Исследователям удалось найти популяцию «виноватых» нейронов, детектирующих простагландин E2 и расположенных в носоглотке (GABRA1). Именно эти нейроны и их рецепторы в животных моделях и отвечают за характерное при гриппе поведение. — An airway-to-brain sensory pathway mediates influenza-induced sickness, «Биомолекула»: «Неуловимый грипп».

Молекулярка

Фумаратгидратаза макрофагов против воспаления

При увеличении уровня фумарата (например, при ингибировании фумаратгидратазы) внутри клетки подавляется митохондриальное дыхание, что приводит к сильным воспалительным эффектам, в том числе — к увеличению продукции интерферона-β за счет механизмов, которые управляются высвобождением митохондриальной РНК (мтРНК) и активацией РНК-сенсоров TLR7, RIG-I и MDA5. Эти данные, опубликованные исследователями в Nature, указывают на потенциальную патогенную роль этого процесса в таких заболеваниях, как системная красная волчанка, а также на защитную роль фумаратгидратазы в поддержании соответствующих цитокиновых и интерфероновых ответов макрофагов. — Macrophage fumarate hydratase restrains mtRNA-mediated interferon production, «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий», «Одураченные макрофаги, или Несколько слов о том, как злокачественные опухоли обманывают иммунитет».

Большая роль белка малого ядра клетки

Следующее молекулярное исследование в Nature посвящено процессингу рРНК, происходящему в ядрышке. Из-за недостаточного разрешения изображений в исследованиях точное расположение ядрышковых белков и их роль в этом процессе оставались загадкой. Исследователи провели скрининг 200 ядрышковых белков с использованием микроскопии живых клеток с высоким разрешением и идентифицировали белок URB1, участвующий в процессе укладки пре-рРНК на 3’-конце для распознавания и последующего удаления 3’-внешнего транскрибируемого спейсера (ETS), а также еще несколько белков-кандидатов, которые участвуют в процессинге рРНК. Интересно, что истощение URB1 приводило к порокам развития головы у рыбок данио и задержке эмбрионального развития у мышей. — Nucleolar URB1 ensures 3′ ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance, «Биомолекула»: «Обо всех РНК на свете, больших и малых».

Геномика

Протеиновое богатство, зашифрованное в геноме

Увеличение доли растительного белка в рационе точно пойдет на пользу экологии. Но достигнуть этой цели не так-то просто из-за отсутствия бобовых культур, хорошо приспособленных к холодному сезону. Фасоль Фаба (Vicia faba L.), однако, обладает большим потенциалом благодаря своей урожайности и большому содержанию белка. Но размер генома этого растения в 13 Гб в сочетании с низкой скоростью размножения семян сделали его сложной мишенью для селекционеров, — не так просто в нем найти гены, отвечающие за размер семян, устойчивость растения и содержание антинутриентов. Исследователи, опубликовавшие данные в Nature, просеквенировали огромный геном фасоли Фаба. Знание последовательности генома значительно ускорит процесс снижения содержания антинутриентов в семенах фасоли и увеличения содержания незаменимых аминокислот. — The giant diploid faba genome unlocks variation in a global protein crop, «Биомолекула»: «12 методов в картинках: секвенирование нуклеиновых кислот», «Нанопоровое секвенирование: на пороге третьей геномной революции».

Иммунология

Неоантиген-направленные ответы Т-клеток

Неоантигены — это антигены, продуцируемые опухолевыми клетками и способные вызвать Т-клеточный иммунный ответ. Исследователи использовали специальные технологии для «захвата» неоантиген-специфических Т-клеток из крови и опухолей пациентов с меланомой и клонирования их рецепторов (neoTCR). Исследование показало, что клонотипы Т-клеток с neoTCR распознали ограниченное количество мутаций в образцах пациентов, а восстановление neoTCR в донорских Т-клетках с использованием CRISPR-Cas9 продемонстрировало специфическое распознавание и цитотоксичность в отношении клеточных линий меланомы, соответствующих пациенту. Так исследователи пришли к выводу, что эффективная иммунотерапия связана с наличием поликлонального Т-клеточного ответа. — Neoantigen-targeted CD8+ T cell responses with PD-1 blockade therapy, «Биомолекула»: «Антиген — невидимка».

Сигнальные молекулы расширяют возможности CAR-Т-терапии

CAR-Т-клетки произвели настоящую революцию в лечении В-клеточных злокачественных новообразований. Но использование этих клеток для лечения солидных опухолей ограничено: дело в том, что большинство поверхностных мишеней, представленных в солидных опухолях, также присутствуют в нормальных тканях, что при терапии CAR-Т-клетками грозит цитотоксичностью. Таким образом, существует нехватка антигенов, на которые можно безопасно воздействовать CAR-T-клетками при солидных опухолях. Исследователи, опубликовавшие результаты своей работы в Nature, использовали новый подход в инженерии CAR: вместо привычного в этих рецепторов домена CD3ζ они использовали внутриклеточные проксимальные сигнальные молекулы Т-клеток, такие как ZAP-70 CAR, что позволило снизить внеопухолевую токсичность. — Co-opting signalling molecules enables logic-gated control of CAR T cells, «Биомолекула»: «Прирожденные убийцы: NK-клеточная терапия», «Таргетная терапия — прицельный удар по болезни».

Нейробиология

Инфильтрация Т-клеток вызывает нейродегенерацию

Известно, что болезнь Альцгеймера связана с агрегацией амилоида-β, образующего бляшки, и внутриклеточного накопления агрегатов тау-белка. При этом прогрессирование атрофии головного мозга коррелирует с накоплением тау, но не с отложением амилоида. Ученые сравнили иммунологическую среду в мозге мышей с отложением амилоида или агрегацией тау и нейродегенерацией и выяснили, что у мышей с таупатией развился уникальный врожденный и адаптивный иммунный ответ, а истощение микроглии или Т-клеток блокировало тау-опосредованную нейродегенерацию. При этом количество Т-клеток было заметно увеличено в мозге у мышей с болезнью Альцгеймера и в областях с патологией тау, а также с коррелировало со степенью потери нейронов. — Microglia-mediated T cell infiltration drives neurodegeneration in tauopathy, «Биомолекула»: «Альбумин VS Альцгеймер», «Болезнь Альцгеймера: ген, от которого я без ума», «Возможно, β-амилоид болезни Альцгеймера — часть врождённого иммунитета», «β-амилоид: невидимый враг или тайный защитник? Запутанная тропка болезни Альцгеймера».

Коннектом мозга насекомого

Коннектом — это карта или схема всех нейронных связей в нервной системе организма. Она необходима для понимания того, как генерируются поведенческие реакции в мозге. Однако из-за технологических ограничений визуализация всего мозга с помощью, например, электронной микроскопии была сложной задачей. Синаптические схемы таких крупных органов, как мозг насекомого, рыбы и млекопитающего были получены путем изолированного рассмотрения отдельных субрегионов. Однако области мозга взаимосвязаны, и для полного понимания происходящих процессов необходим именно коннектом, — и исследователям удалось его получить! В статье, опубликованной в Science, описывается коннектом мозга личинки плодовой мухи, который станет долговременным ресурсом, обеспечивающим основу для теоретических и экспериментальных исследований. — The connectome of an insect brain.

Зоология

Уроки танцев от пчел

У медоносных пчел есть особая, очень изящная форма общения со своими сородичами, — танец. Танцуя, пчелы «зашифровывают» координаты источника пищи и указывают к ним путь, используя в своем танце и время, и гравитацию. Затем сородичи, следуя инструкциям танцора, расшифровывают послание о векторе полета. Трудно поверить, что такая сложная последовательность действий может быть врожденной, — и это действительно не совсем так. На страницах нового выпуска Science исследователи объясняют, что медоносные пчелы передают точную пространственную информацию в своих танцах только в том случае, если у них ранее была возможность посещать «уроки танцев» с опытными пчелами-танцорами. — Social signal learning of the waggle dance in honey bees, «Биомолекула»: «Танцующий с пчелами».

Новые технологии в биологии

Наблюдение за прогулкой кинезина-1 в режиме реального времени

Наблюдать за движениями и взаимодействием молекул в клетке в режиме реального времени — научная фантастика? А вот и нет! На страницах последнего выпуска Science исследователи сообщают об улучшенной версии наноскопа MINFLUX, который увеличивает пространственно-временное разрешение световой микроскопии до нанометрового и миллисекундного масштабов. Они применяют эту технику для изучения молекулярных механизмов движения кинезина по микротрубочкам — и уже смогли рассмотреть отдельные подэтапы и вращение белка во время движения. — MINFLUX dissects the unimpeded walking of kinesin-1.

Скрининг межклеточного взаимодействия

Следующая технология, о которой рассказано на страницах Science, позволяет изучать межклеточные взаимодействия и идентифицировать механизмы межклеточной коммуникации. Так, технология SPEAC-seq позволила сортировать пары клеток «астроцит-микроглия», совместно культивируемых в каплях, и идентифицировать амфирегулин, полученный из микроглии, как негативный регулятор активации астроцитов. У пациентов с рассеянным склерозом (РС) и на животных моделях РС полученный из астроцитов интерлейкин-33 активировал экспрессию амфирегулина, ослабляя астроглиоз. — Droplet-based forward genetic screening of astrocyte–microglia cross-talk, «Биомолекула»: «Диагностика патологий клеточного метаболизма при нейродегенеративных заболеваниях».

Комментарии