Nature #598 (7882) + онлайны: сверхэффективный антибиотик, секрет человеческого мозга и «слушающий» белок

• Структурка. Лютеинизирующий гормон и хорионический гонадотропин необходимы для нормальной работы репродуктивной системы человека. Их функции связаны с фолликостимулирующим и тиреотропными гормонами, также обязательных для процессов воспроизводства. В новом выпуске Nature опубликованы данные о строении и механизмах активации рецептора этих гормонов. Изучение структуры этого рецептора необходимо для понимания процесса передачи сигналов, что позволит создавать новые терапевтические средства на гормональной основе для лечения эндокринных заболеваний. — Structures of full-length glycoprotein hormone receptor signalling complexes.
• COVID-19. Клинический исход заболевания COVID-19 во многом определяется компонентами врожденной иммунной системы, контролируя репликацию вируса. Одни из элементов этой системы, — клетки — естественные киллеры, — обладают широким спектром противовирусной активности. Однако функция этих лимфоцитов может меняться во время COVID-19. В своем новом исследовании ученые представили доказательства в пользу того, что снижение вирусной нагрузки при COVID-19 связано с функцией естественных киллеров, которые также способны влиять на репликацию SARS-CoV-2 TGFβ-зависимым образом. Понимание механизмов взаимодействия естественных киллеров с вирусом открывает новые перспективы в терапии COVID-19. — Untimely TGFβ responses in COVID-19 limit antiviral functions of NK cells.
• Структурка. Престин — белок, необходимый для чувствительного слуха у млекопитающих. Поломки гена, кодирующего этот белок, вызывают тяжелые нарушения слуха или его потерю. Однако механизм, с помощью которого данный белок воспринимает сигналы окружающей среды и преобразует их в клеточные движения в органах слуха, до сих пор малоизучен. В новом выпуске журнала исследователи проливают свет на структуру престина в шести конформациях. Оказывается, структурные перестройки белка в сайте связывания аниона меняют его конформацию, и, соответственно, площадь взаимодействия с мембраной, что влияет на чувствительность слуха. — Prestin’s conformational cycle underlies outer hair cell electromotility. «Биомолекула»: «Поймать звук: от молекул до импланта, слышащего свет».
• COVID-19. На сегодняшний день, когда весь мир переживает пандемию, оставшееся без должного внимание распространение вируса SARS-CoV-2 на первых стадиях вызывает множество вопросов. В последнем выпуске Nature группа ученых анализирует причины, механизмы и сроки распространения вируса и приходит к неутешительным выводам: передача вируса среди населения была вероятна уже в январе 2020 в странах Европы и США, а в марте 2020 системами эпиднадзора регистрировалось 1–3 случая заболевания из 100. Составление полной по временным срокам и локации картины распространения вируса может быть применимо для разработки новых систем эпиднадзора. — Cryptic transmission of SARS-CoV-2 and the first COVID-19 wave.
• Молекулярка. Реплисомой называют совокупность единиц, выполняющих репликацию ДНК. Сборка этого сложного комплекса перед началом репликации и разборка после окончания требуют особых клеточных структур, выполняющих эту роль. В статье последнего выпуска Nature исследователи анализируют структуры и регуляторные принципы сборки и разборки реплисомы. Взаимодействие репликативной геликазы и богатых лейцином повторов важно для механизма регуляции разборки реплисом у эукариот. — A Conserved Mechanism for Regulating Replisome Disassembly in Eukaryotes.
• Структурка, рак. Нейрофиброматоз I типа, проявляющийся с частотой 1/3000, является наследственным заболеванием, предрасполагающим к возникновению опухолей. При этом происходит «поломка» в гене-супрессоре опухоли, что, соответственно, приводит к дисфункции белка нейрофибромина, участвующего в важных сигнальных путях и блокирующего передачу сигналов онкогена Ras. Новая работа в Nature посвящена рассмотрению структуры и конформации нейрофибромина, а так же механизмам связывания Ras. Изучение изменения конформаций нейрофибромина помогает раскрыть сложный молекулярный механизм, лежащий в основе нейрофиброматоза и дисфункции белка в канцерогенезе. — The structure of neurofibromin isoform 2 reveals different functional states.
• Антропология. Происхождение и языковая группа первых жителей Синьдзяна, расположенного в самом сердце Азии, на протяжении долгого времени остается предметом споров дискуссий. В последнем выпуске Nature представлены новые геномные данные, помогающие пролить свет на происхождение и даже род деятельности первых жителей Азии. Так, например, наличие молочных белков в зубном камне указывает на то, что они занимались молочным скотоводством на этом участке. — The genomic origins of the Bronze Age Tarim Basin mummies
• Биотехнологии. Проблема возрастающей антибиотикорезистентности вызывает озабоченность мирового общественного здравоохранения. Поиск новых эффективных антибиотиков становится важнейшей задачей медицины и науки. В новом исследовании сообщается производстве полностью синтетического средства, что является более эффективным, чем модификация готового биологического соединения. Новый антибиотик исключительной эффективности и спектра активности был назван ибоксамицином. Он свидетельствует о способности химического синтеза обеспечивать новые антибиотики в эпоху растущей резистентности. — A synthetic antibiotic class overcoming bacterial multidrug resistance. «Биомолекула»: «Антибиотики и антибиотикорезистентность: от древности до наших дней».
• Физиология. Изучение морфогенеза человеческих органов — важнейшая задача не только для науки, но и для медицины. В настоящее время существует множество подходов на основе трехмерных культур стволовых клеток, дающих понимание процесса дифференцировки клеток, однако в них есть существенные недостатки. Группа исследователей во главе с E. Karzbrun представила новую систему культивирования с использованием чипов, которая позволяет дать точное представление о судьбе каждой клетки в трехмерной структуре. С использованием этого подхода был воссоздан и изучен процесс генеза нервной трубки из человеческих стволовых клеток в чашке. — Human neural tube morphogenesis in vitro by geometric constraints. «Биомолекула»: «Программируемый морфогенез многоклеточных систем».
• Физиология. Термогенез адипоцитов был предложен в качестве терапевтического подхода для снижения веса и инсулинорезистентности, т.к. в ответ на длительную симпатическую активацию они увеличивают расход энергии. Этот процесс происходит за счет постоянной экспрессии разобщающего белка UCP1, который используется в качестве основного механизма продукции тепло. В своем новом исследовании на страницах Nature исследователи сообщают, что метаболизм гликогена играет решающую роль при экспрессии UCP1, связывая метаболизм глюкозы с термогенезом. При снижении уровня гликогена в адипоцитах снижается и экспрессия UCP1, чувствительность к холоду и потере веса. — Glycogen metabolism links glucose homeostasis to thermogenesis in adipocytes.
• Зоология, археология. Мшанки являются водными, преимущественно сидячими животными. Они создают органический или известковый экзоскелет. Используя останки этого скелета, ученым удалось установить кембрийское происхождение данного типа лофофор. Однако, вследствие несохранности биологического материала, определение происхождения и разновидностей первых членов этой группы является трудной задачей. В исследовании, опубликованном в Nature, группа ученых рассматривает Protomelission gatehousei как предполагаемую мшанку стебельной группы. Данная работа позволяет сделать выводы о действительных сроках происхождения типа Bryozoa. — Fossil evidence unveils an early Cambrian origin for Bryozoa.
• Физиология растений. Фитогормон ауксин контролирует многие процессы в растениях, участвуя в регуляции роста клеток. Предполагается, что свои функции ауксин выполняет, индуцируя закисление клеточной стенки, однако это механизм недостаточно охарактеризован. В новом исследовании группа ученых демонстрирует фосфорилирование мембраны и закисление клеточной стенки за счет взаимодействия ауксин-сигнальных белков трансмембранной киназы с H⁺ — АТФазами плазматической мембраны, показывая важную связь между этими процессами и размножением клеток растения. — TMK-based cell-surface auxin signalling activates cell-wall acidification. «Биомолекула»: «Ауксин — великий мотиватор».
• Нейрофизиология. Нейроны, входящие в структуру гиппокампа, способны определять положение тела животного в пространстве, а также ближайшие траектории его движения. Однако, определение местонахождения желаемой цели в пространстве требует оценок пространственных отношений между текущим положением и будущим пунктом назначения на протяжении всего пути, и роль нейронов гиппокампа в этом процессе не выяснена. На страницах Nature описываются нейроны орбитофронтальной коры головного мозга крысы, которые формируют пространственные представления, постоянно указывающие на последующий целевой пункт назначения животного на протяжении всего пути. При этом координирование происходит без прямого сенсорного контакта с удаленной целью. — The orbitofrontal cortex maps future navigational goals.
• Иммунология. Воспаление в раннем возрасте может вызвать изменение иммунного тонуса в нелимфоидных тканях, способствуя защите от заболеваний. Клеточные и молекулярные механизмы данного явления оставались невыясненными. В своем исследовании, опубликованном в новом выпуске Nature, ученые обнаружили, что воспаление, вызванное временным сокращением регуляторных Т-клеток, вызывает нарушение регуляции подкожной ткани в коже мышей. Это сопровождается избирательным накоплением хелперных T-клеток, которые сохраняются в зрелом возрасте, взаимодействуя с фибробластами кожи. Сети между адаптивными иммунными клетками и стромальными клетками создают иммунологическую установку в тканях, которая сохраняется на протяжении всей жизни. — Early-life inflammation primes a T helper 2 cell–fibroblast niche in skin.
• Физиология растений. Еще одно исследование в Nature, посвященное ауксину, раскрывает его функции в росте корня. Ауксин не только способствует размножению клеток в побегах, но и ингибирует его в корнях, проявляя таким образом противоположные эффекты. Исследователи выяснили, что ауксин активирует два различных, антагонистически действующих сигнальных пути, которые сходятся в быстрой регуляции апопластического pH, детерминируя рост. Одновременная их активация уравновешивает корни для быстрого и точно настроенного роста в сложных почвенных средах. — Cell surface and intracellular auxin signalling for H+ fluxes in root growth.
• Молекулярка. Глутатион — низкомолекулярное соединение, играющее ключевую роль в окислительном метаболизме. Глутатион выполняет свои биологические функции в митохондриях, но синтезируется исключительно в цитозоле. Группа исследователей в новой работе представляет молекулярный механизм, участвующий в импорте глутатиона в митохондрии. Ученые идентифицировали митохондриальный мембранный переносчик SLC25A39 в качестве важного и регулируемого регулятора транспорта глутатиона в митохондрии. Импорт этого соединения в митохондрии был необходим для пролиферации клеток in vitro и развития эритроцитов у мышей. — SLC25A39 is necessary for mitochondrial glutathione import in mammalian cells.
• Нейрофизиология. Считается, что когнитивные способности, характерные для людей, возникают из-за особенностей архитектуры корковых цепей человеческого мозга. В своем новом исследовании ученые отметили, что специфическая для человека дупликация гена SRGAP2C возникла в наследственном геноме линии Homo перед основной фазой увеличения размера мозга. Эксперименты показали, что экспрессия SRGAP2C у мышей увеличивает плотность возбуждающих и тормозных синапсов. В статье исследователи представляют механизм увеличения количества возбуждающих синапсов, индуцированное экспрессией SRGAP2C, что проливает свет на эволюцию специфических структурных и функциональных особенностей коры головного мозга человека. — A human-specific modifier of cortical connectivity and circuit function.
• Молекулярка. Временная и пространственная регуляция всего многообразия клеточных процессов осуществляется на этапе экспрессии и обмена белков. Группа исследователей разработала скрининговый анализ CRISPR для выявления таких регуляторных сетей генов. В последнем выпуске Nature авторы представляют результаты исследования регуляции фактора транскрипции MYC, главного регулятора роста клеток, выполненного с помощью данного подхода. Их работа раскрывает специальный путь, контролирующий ядерный импорт протеасом у позвоночных, и устанавливает подход к расшифровке регуляторов основных клеточных процессов. — AKIRIN2 controls the nuclear import of proteasomes in vertebrates.

Science #374 (6567) + онлайны: к чему приводит недостаток сна, где находятся воспоминания и как организм справляется с повреждениями

• Физиология. Общеизвестно, что длительный период бодрствования крайне негативно сказывается на здоровье и поведении человека. После недосыпания потребность во сне является особенно сильной, и сопротивляться ей невозможно. Новый выпуск Science рассказывает о неочевидной пользе, которую наш организм получает во время сна. Понимание механизмов сна на биохимическом, психологическом уровнях позволит использовать преимущества сне для производства седативных препаратов нового поколения. — The inescapable drive to sleep: Overlapping mechanisms of sleep and sedation.
• Нейрофизиология. Сон человека имеет 2 основные фазы: фаза медленного сна и фаза быстрого сна. Обе фазы отражают точно рассчитанную по времени активность основных нейронных цепей. Каждая фаза необходима для нормального функционирования организма и мыслительных процессов. В новом исследовании на страницах Science рассматривается, как каждая фаза сна влияет на наши механизмы памяти и запоминания. Сон имеет решающее значение для процессов здорового познания, включая память. — Brain neural patterns and the memory function of sleep.
• Физиология. Исследование на страницах последнего выпуска Science представляет понимание того, как сон поддерживает физиологическое здоровье мозга через взаимосвязанные системы нейронной активности и потока жидкости. Оказывается, нейронная активность, возникающая во время сна, неразрывно связана с кровотоком, динамикой спинномозговой жидкости и выведением шлаков, что объясняет необходимость сна для поддержания функции мозга. — The interconnected causes and consequences of sleep in the brain.
• Молекулярка. При повреждении клеток или тканей в организме возникает риск возникновения рака. Чтобы избежать репликации дефектных клеток, организм либо восстанавливает повреждения, либо запускает программы реакции на стресс: апоптоз, устраняющий клетки, или старение, останавливающее пролиферацию. Старые клетки также производят биоактивный секретом, секретируя вещества, связанные со старением, которые привлекают иммунный надзор организма к этим клеткам. На страницах последнего выпуска Science исследователи сообщают о роли ингибитора циклин-зависимой киназы p21, которая не только способствует остановке стареющих клеток, но также является ранним сигналом, запускающим иммунный надзор. — Clearing stressed cells, p21 produces a bioactive secretome that places stressed cells under immunosurveillance. «Биомолекула»: «Апоптоз, или Путь самурая».
• COVID-19. Разница в тяжести симптомов, переносимых при COVID-19, объясняется несколькими факторами, — воздействие особенно высокой дозы вируса, недостатки в образе жизни, — но ключевой фактор, по-видимому, является генетическим. В своем новом исследовании группа ученых показывает, что восприимчивость к тяжелой форме COVID-19 связана с однонуклеотидным полиморфизмом в человеческом гене OAS1. Другая группа ученых, исследующая противовирусные белки на предмет их способности подавлять SARS-CoV-2, обнаружила, что OAS1 особенно эффективен против SARS-CoV-2. — Defective viral RNA sensing linked to severe COVID-19.
• Нейрофизиология. Часто воспоминания и механизмы памяти связывают с межнейронными контактами. Исследование, опубликованное в последнем выпуске Science, помогает понять механизмы и расположение зон мозга, ответственных за определенные виды памяти. Накопленные экспериментальные данные дают основания полагать, что 1 слой неокортекса, самый внешний слой мозга, может быть ключевым местом для долгосрочной памяти и обучения, где могут быть обнаружены синапсы, кодирующие воспоминания. Общим для всех этих исследований является наблюдение, что подкорковые структуры памяти преимущественно нацелены на этот слой. — Memories off the top of your head.
• Зоология, экология. Морской планктон является основным компонентом морских экосистем, обладая большим таксономическим и экологическим разнообразием. Знание их распределения является ключом к пониманию реакции океанов на изменения окружающей среды. Группа ученых представила на страницах Science исследование закономерности распределения морского планктона. Оказалось, что, во-первых, маленькие фототрофы распространяются в основном по широте, а более крупные потребители разделены океаническим бассейном; во-вторых, более разнообразные группы демонстрируют более четкие биогеографические закономерности. — Global drivers of eukaryotic plankton biogeography in the sunlit ocean.
• Физиология растений. Растения семейства бобовых используют обитающих в их корневых клубеньках бактерий для фиксации атмосферного азота и перевода его в состояние, в котором он может использоваться организмами, при помощи леггемоглобинов. Леггемоглобины направляют O₂ для дыхания бактерий, поддерживая микрокислородную среду для защиты чувствительной к O₂ нитрогеназы. Большая часть развития клубеньков контролируется фактором транскрипции NIN. Группа ученых, опубликовавшая свое исследование в Science, идентифицировали членов семейства факторов транскрипции NIN-подобных белков (NLP) как регуляторов экспрессии леггемоглобина, действующих через необычный промоторный мотив, общий для бобовых. — NIN-like protein transcription factors regulate leghemoglobin genes in legume nodules.