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».