Nature #599 (7884) + онлайны: раковая опухоль агрессивнее из-за жира в пище; нейроны человека и вправду особенные, иначе как бы они своровали у природы идею мягких роботов

• Чем отличаются нейроны человека и других зверей. Издавна наука ищет ту самую фишку, которая делает мозг человека круче мозгов других млекопитающих. Раньше с этим не везло: общий план и принципы строения оказывались одинаковыми. Теперь же исследователи из MIT подошли к ответу, который крылся в ионных каналах. Это белки в мембранах клеток, которые перекачивают ионы — и в том числе создают электрические импульсы. У разных млекопитающих — от грызунов до обезьян — с увеличением объема мозга сохраняется одинаковая плотность ионных каналов на единицу его объема. Например, у животных с большими размерами мозга размеры нейронов больше, а ионных каналов в нейронах больше, чем у зверей с размерами мозга поменьше. У всех, кроме человека. Исследователи обнаружили, что на один человеческий нейрон коры головного мозга приходится аномально низкое число ионных каналов. Измеряли это по проводимости нервных клеток. У всех изученных зверей корковая проводимость была схожей, а у человека — в 4 раза ниже. Авторы исследования в 2018 году сравнивали мозги человека и крысы и приходили к схожим результатам. Ученые предполагают, что снижение плотности ионных каналов позволило нашим предкам тратить меньше энергии на передачу импульсов. Это могло высвободить ресурсы для усложнения связей между нейронами и развития коры головного мозга. А «программа» по сохранению проводимости сдерживала эволюцию коры. — Allometric rules for mammalian cortical layer 5 neuron biophysics, «Биомолекула»: «Хаос в мозге».

• 

  Мягкие роботы, вдохновленные природой. Роботы, собранные из жестких каркасов, не могут плавно двигаться, захватывать объекты и проползать через разные отверстия так, как это делают живые организмы. Такие задачи способны решить роботы из мягких и гибких материалов. Среди способов приводить мягких роботов в движение — накачка воздухом пустот в мягких приводах, например, из силикона. У таких пневматических роботов форма и материал определяют, как изменение давления перейдет в движение. Поэтому изготовить пневматические приводы, которые будут двигаться как задумано, сложно. Теперь инженеры из Принстонского Университета научились легко управлять формой и движениями мягких пневматических приводов. Они попробовали заливать эластомер в трубку нужной формы и с противоположного конца закачивать туда воздух, продавливающий полость внутри материала (рис. 1). В процессе гравитация смещала пузырь воздуха от центра трубки, и поэтому полость оказывалась смещена от центра привода, а у стенок была разная толщина. В результате, когда в полость готового изделия нагнетали давление, привод изгибался в одну сторону. Следом исследователи разработали математические модели пневматичеких приводов, чтобы легко и точно закладывать в них разные формы и функции. Например, с помощью нового способа можно производить мягкие робомышцы, которые поднимают предметы с управляемой силой. Или мягкие робопальцы, которые сгибаются последовательно из-за разной толщины стенки полости. Поскольку приводы отливают из сплошного материала, получается изготавливать их в очень разных размерах и без дефектов. Схемы отлива и работы мягких приводов на рисунке 1. — Bubble casting soft robotics.
• Как жиры в пище влияют на метастазы рака. Раньше обращали внимание на то, что избыток жиров в пище стимулирует развитие раковых опухолей. Но какие конкретно жирные кислоты играют против организма? Проверив три молекулы, ученые обнаружили, что среди них только пальмитиновая кислота подстегивает генерацию метастазов и делает их агрессивнее. Пальмитиновая кислота — естественный компонент многих животных жиров и растительных масел, в том числе пальмового масла, молочного жира и свиного сала. В ходе исследования клетки карциномы стимулировали разными жирными кислотами и затем подсаживали подопытным мышам. Даже перерыв в две недели между стимуляцией и подсаживанием не сглаживал прометастатический эффект пальмитиновой кислоты на раковые клетки. Значит, даже кратковременное воздействие пальмитиновой кислоты оставляет память о себе. Исследователи изучили механизм воздействия пальмитиновой кислоты и сейчас понимают, на какие клетки можно нацелить будущее лечение. — Dietary palmitic acid promotes a prometastatic memory via Schwann cells.

Science #374 (6569) + онлайны: бактерии изготавливают уголь; регенерация мозга сулит лечение парализованных пациентов и людей после инфаркта

• Секреты рыб-долгожителей. Представители нескольких видов морских окуней могут жить 200 и более лет на воле, а их средняя продолжительность жизни — 150 лет. В то же время многие близкородственные виды живут в 10 раз меньше. Чтобы найти причины естественного долгожительства рыб, биологи изучили геномы 88 видов морских окуней. В результате нашли особенности, которые встречались только у долгоживущих видов. У них было больше копий генов семейства бутирофилинов, которые подавляют воспаление. Выделялась работа генов, которые контролируют производство инсулина и обмен глюкозы. Самое интересное — то, почему эволюция таких окуней «позаботилась» об их старении. Дело в том, что у большинства животных естественный отбор почти не «улучшает» старость. Когда заканчивается репродуктивный возраст, организм быстро слабеет и умирает, потому что после рождения потомства уже не важно, кто выиграл в борьбу за существование. Самки рыб-долгожителей с возрастом наоборот продолжают расти и давать все больше потомства. За счет преимущества в репродукции естественный отбор таких видов «улучшал» их старость. — Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes, «Биомолекула»: «Кое-что о рыбах (18+)».
• Ученые регенерировали спинной мозг — и не остановятся на этом. Казалось бы, мы знаем достаточно для того, чтобы восстанавливать повреждения центральной нервной системы, которая сама по себе почти никогда не регенерирует. Стимуляция β1-интегрина запускает восстановление нейронов и останавливает рубцевание глии, которое мешает на этом пути. А фактор роста фибробластов 2 активирует рост сосудов, которые будут снабжать питанием новую ткань. Но производить такие белки дорого; к тому же внутри организма они распадаются очень быстро. Поэтому их пробуют заменить короткими пептидными фрагментами, несущими ключевые сигнальные последовательности. Но пептидов оказывается недостаточно для регенерации. Решение нашли исследователи Северо-Западного Университета (Чикаго, США). Сотни тысяч пептидов их препарата после инъекции объединяются в одну супрамолекулярную сеть. И за счет подобранных модификаций сигнальные последовательности в сети постоянно движутся. Благодаря движению они чаще встречаются со своими рецепторами, которые тоже перемещаются в мембранах клеток и достаточно сильно стимулируют регенерацию. В результате такое лечение восстанавливает аксоны нейронов и их изоляцию миелином, чтобы проводить сигналы. Параллельно сеть пептидов тормозит рубцевание микроглии, подстегивает рост сосудов и сохраняет больше двигательных нейронов. В течение 12 недель сеть разлагается без вреда для организма. За первые 4 недели после инъекции препарата парализованные мыши восстанавливали способность ходить. Со слов ученых, их лечение также помогло в экспериментах с культурами клеток человека. Если результат воспроизведут на человеке, то лечение будет спасать не только миллионы парализованных людей. Можно будет регенерировать и ткань головного мозга, то есть восстанавливать пациентов с нейродегенеративными заболеваниями и после инсульта. — Bioactive scaffolds with enhanced supramolecular motion promote recovery from spinal cord injury, «Биомолекула»: «Почему помощники нейронов „ползают“ и „прыгают“?».

• 

  Клеточное ядро изолируется во время нехватки энергии. Ядро клетки окружено двойной мембраной, которую пронизывают ядерные поры — только через них можно пересечь оболочку ядра. Это сложные комплексы белков, которые управляют обменом информацией со стороны ядра, а рабочими ферментами — со стороны цитоплазмы. К тому же белки поровых комплексов могут расширять и сужать поры. В новом исследовании немецкие ученые узнали, как и зачем это происходит на примере клеток дрожжей. Оказалось, что ядерные поры сужаются, когда не хватает энергии или в клетке случается осмотический шок и скачок давления. Диаметр пор изменяется из-за конформационных перестроек белковых комплексов и падения натяжения ядерной оболочки. Сильнее всего сужает ядерные поры дефицит энергии. При сужении ядерные поры закрываются сильнее со стороны цитоплазмы. Рассмотреть, как сужаются ядерные поры, можно на рисунке 2. — Nuclear pores dilate and constrict in cellulo, «Биомолекула»: «Ядерная ламина и пространственная организация хроматина у дрозофилы».
• Какие времена, такие статьи. Сотрудники Вашингтонского Университета изучили, как новые варианты коронавируса SARS-CoV-2 избегают антител и как меняется их заразность. Выяснили, что варианты Дельта и Каппа неуязвимы для нескольких моноклональных антител, вырабатывающихся после вакцины. Сильнее защищен от антител Дельта+ вариант, но у него же понижено сродство к рецепторам ACE2, с помощью которых коронавирус проникает в организм. Хорошо, что ученые работают над универсальной вакциной, которая будет работать и против будущих вариантов коронавируса. — Molecular basis of immune evasion by the Delta and Kappa SARS-CoV-2 variants, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Бактерии под землей превращают уголь в метан. Ученые Калифорнийского технологического университета изучили состав древесины на разных этапах превращения в уголь. Доля метоксильных групп снижалась по ходу формирования угля, а его состав обогащался углеродом биологического происхождения. Судя по этому, деметилировали древесину микрооргазимы, которые производят метан. А значит, раскрыт еще один источник парникового газа. — Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane.

Cell #184 (23) + онлайны: Z-ДНК собирает биопленки бактерий; перерыв между компонентами вакцины улучшает иммунитет

• Чем заняты цЦМФ и цУМФ. Циклические пуриновые нуклеотиды цАМФ и цГМФ работают внутриклеточными посредниками сигналов многих гормонов, нейромедиаторов, и это известно давно. А первую биологическую функцию их коллег — циклических пиримидиновых нуклеотидов — открыли только сейчас. Бактериальные пиримидинциклазы синтезируют цЦМФ и цУМФ в ответ на заражение вирусом, и те активируют противовирусный ответ. Это звенья работы защитной системы бактерий Pycsar. Возможно, Pycsar заточена на пиримидиновых посредников, чтобы не пересекаться с другими сигнальными путями. — Cyclic CMP and cyclic UMP mediate bacterial immunity against phages.
• Коронавирус тормозит генерацию аутофагосом. Аутофагосомы — мембранные пузырьки, которые переваривают внутри клетки белки и органоиды, которые опасны или уже отработали свое. Для постройки аутофагосомы объединяются пузырьки аппарата Гольджи, секреторного органоида и эндосом — пищеварительной системы клетки. Результат слияния — гибридная пре-аутофагосомная структура HyPAS. Чтобы поднять актуальность этой темы, отметим: неструктурный белок 6 (nsp6) коронавируса блокирует формирование HyPAS. Ведь аутофагосомы не переварят вирусы, проникнувшие внутри клетки, если ликвидировать аутофагосомы. — Mammalian hybrid pre-autophagosomal structure HyPAS generates autophagosomes, «Биомолекула»: «Аутофагия, протофагия и остальные».
• Загадочная Z-ДНК оказалась пособницей бактерий. Чаще всего двойная цепь ДНК закручена по часовой стрелке; в таком виде хранится и удваивается наш генетический материал. Но Z-форма ДНК закручена против часовой стрелки. В этом виде часть азотистых оснований перевернута относительно остова цепи — это разворачивает изгиб ДНК. Есди в ядре клетки появляется Z-ДНК, она просто регулирует работу генов. Из нового исследования мы узнали, что Z-ДНК — это еще и каркас бактериальных биопленок. Биопленки — объединения бактерий, которые выделяют общее межклеточное вещество для сплочения и защиты. Белки бактерий DNABII переводят ДНК в Z-форму, и ее цепи скрепляют биопленки. Причем работают DNABII не только с ДНК, которую выделяют бактерии, но и с внеклеточной ДНК человека. Хороша Z-форма тем, что неуязвима для ферментов ДНКаз: они не распознают ДНК в таком виде и не могут расщепить ее. Получается, Z-ДНК может защищать биопленки человеческих патогенов. Действительно, вещества-активаторы перехода из Z-формы в B-ДНК разрушают биопленки. — Z-form extracellular DNA is a structural component of the bacterial biofilm matrix, «Биомолекула»: «Левозакрученная: загадочная Z-ДНК».

• 

  Какой интервал между компонентами вакцины лучше. В 2021 году Великобритания перешла на новый режим вакцинации. Чтобы люди как можно скорее получили первую дозу вакцины, интервал между первой и второй дозами увеличили с 3-4 недель до 10-12 недель. А теперь ученые сравнили эффективность разных интервалов между компонентами мРНК-вакцины Pfizer/BioNTech. Оказалось, что из-за увеличения интервала титр антител после 2 дозы поднимается сильнее. Еще из-за большого интервала повышалось число Т-хелперов, выделяющих интерлейкин 2. Хотя между компонентами вакцины титры антител падали, во время любого интервала сохранялся ответ Т- и В-клеток на спайковый белок коронавируса (рис. 3). — Immunogenicity of standard and extended dosing intervals of BNT162b2 mRNA vaccine.

Nature Communications и Scientific Reports: умирающие клетки готовят других к выживанию; раковые метастазы светятся; мемы борются с пандемией

• Молекулы, которые помогают хирургам находить метастазы. Обычные флуорофоры — светящиеся молекулы — при повышении концентрации теряют силу свечения из-за агрегации друг с другом. 20 лет назад открыли молекулы AIE, которые наращивают силу свечения, когда агрегируются. Если адресно отправлять AIE в клетки рака, то во время хирургической операции будет легче увидеть границы опухоли и незаметные прежде метастазы. Ведь благодаря тому, что AIE будут накапливаться и агрегироваться только в раковых клетках, изображения получатся контрастными. Раньше почти все AIE работали для экспериментальных животных. Теперь ученые подтвердили эффективность и безопасность AIE на широком ряде млекопитающих — вплоть до макаки резуса — и намекают, что пора переходить к Homo sapiens. — Aggregation-induced emission luminogens for image-guided surgery in non-human primates.
• Накануне смерти клетки учат соседей выживать. Апоптоз — самый аккуратный вид клеточной гибели, в который клетки переходят из-за апоптотического стресса. Оказалось, что во время этого стресса клетки выбрасывают фактор роста FGF2. FGF2 запускает в соседних клетках работу белков, защищающих их от развития апоптоза. Видимо, это помогает клеткам не «заразиться» стрессом и апоптозом по всей ткани, ведь ей еще предстоит восстановление. Но этот же прием оборачивается организму вредом, когда им пользуются раковые клетки. Для некоторых типов рака известно, что повышенный FGF в опухоли связан со сниженной выживаемостью пациентов. — Apoptotic stress-induced FGF signalling promotes non-cell autonomous resistance to cell death, «Биомолекула»: «Апоптоз, или Путь самурая».
• Инсулин вызывает протеинурию — симптом сахарного диабета. Подоциты — клетки почечных канальцев — фильтруют из крови мочу. Перестройки внутриклеточного скелета подоцитов нарушают клеточный барьер; в результате в мочу из крови попадает белок и начинается протеинурия. Так происходит, когда инсулин перестает стимулировать работу подоцитов: если сломать передачу сигнала гормона внутри подоцита, то начнется протеинурия. Также подоциты могуть менять форму и начинают пропускать в мочу белок из-за постоянной гиперактивации инсулином. Исследователи раскрыли, что кратковременная гиперстимуляция, наоборот, поддерживает выживаемость и пластичность подоцита — можно сказать, держит его в тонусе. Все это зависит от баланса в работе кальциевого канала Orai1. Значит, диабетическая протеинурия связана с неадекватной работой Orai1. Возможно, дело в том, что у пациентов с сахарным диабетом первого типа уровень инсулина понижен, а со вторым — часто повышен, потому что ткани не воспринимают инсулин. — Insulin-activated store-operated Ca2+ entry via Orai1 induces podocyte actin remodeling and causes proteinuria, «Биомолекула»: «Как проинсулиновые гранулы могут спасти клетки от голода».
• Старые новые кандидаты в лекарства от COVID-19. Оказывается, сердечные гликозиды эффективно блокируют рецепторы ACE2, с помощью которых коронавирус SARS-CoV-2 проникает в организм. Лекарственные молекулы просто связываются с ACE2, мешая спайковому белку вируса взаимодействовать с рецептором. Проверенные препараты недорогие и их можно перепрофилировать. — Common cardiac medications potently inhibit ACE2 binding to the SARS-CoV-2 Spike, and block virus penetration and infectivity in human lung cells.

• 

  Внезапно: мемы против пандемии. Британские ученые изучили, как люди с клинически установленной тревогой и без нее реагируют на мемы про пандемию COVID-19. Со слов исследователей, участники без тревоги чаще смеялись над интернет-картинками. На самом деле, различие было очень слабым. Участники заполняли онлайн форму, где оценивали юмор мемов по 5-балльной шкале. Средние оценки юмора в двух группах были 3,67 и 3,42. Еще сомнительнее, что авторы считают сохранившееся чувство юмора людей без тревоги причиной их эмоционального благополучия. Но главное, вы не тревожьтесь, всего доброго, хорошего настроения и здоровья. На рисунке 4 — примеры мемов из статьи. — Internet memes related to the COVID-19 pandemic as a potential coping mechanism for anxiety.