Нейробиология

Человеческий «мозг» внутри крысы — Элджернон в реальном мире

Человеческий мозг остается очень загадочной и малопонятной структурой. Он сильно отличается от мозга классических модельных объектов — это одна из причин, почему его сложно изучать. Один из современных подходов к изучению развития мозга — использование кортикальных органоидов (cortical organoids). Они представляют из себя выращенные in vitro клетки-предшественники нейронов и глиальных клеток, которые самоорганизуются и развиваются в более сложные структуры, как это происходит в эмбриогенезе. Но этот метод ограничен тем, что связей между клетками формируется мало, и нельзя наблюдать встраивание новых клеток в уже сформированные сети. В недавнем исследовании такие клетки трансплантировали новорожденным крысам и наблюдали развитие кортикальных клеток человека внутри живого организма. Клетки действительно встраивались в уже существующие нейросети и принимали участие в контроле поведения организма. Так, они проявляли более сложные морфологические, синаптические и мембранные свойства, чем такие же клетки, выращенные in vitro. Исследователи ожидают, что такой подход поможет больше узнать о развитии мозга и прогрессировании нейродегенеративных заболеваний. — Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids, «Биомолекула»: «Всё, что вы всегда хотели знать о взрослом нейрогенезе, но боялись спросить».

Нейроны генерируют ритмичные движения не так, как считалось раньше

Активность мышц при ритмичных движениях — таких, как ходьба, имеет чередующейся характер — напряжение чередуется с расслаблением. Ранее предполагалось, что активность нейронов при генерации таких движений тоже носит чередующийся характер, но в недавнем исследовании выяснилось, что активность нейронов при подобных движениях носит скорее циклический характер. Активность нейронов во время совершения таких движений непрерывно проходит через последовательность фаз. Исследователи охарактеризовали параметры такой активности и связали их с регуляцией скорости, силы, мультифункциональности. Предыдущие модели генерации движений не объясняли эти особенности ритмичных движений. — Neurons that control walking go round in circles.

Эволюция

Чужое оперение помогает добывать еду

У самок колибри в норме тусклое, серое оперение, а у самцов — яркое. При этом около 20% самок обладают такой же расцветкой, что и самцы. Оказалось, что это приобретение помогает им в конкуренции за еду. На ярких самок и самцов во время трапезы сородичи нападают меньше, чем на тусклых самок: по-видимому, такая раскраска отпугивает конкурентов. Почему же все самки не стали яркими? Дело в том, что такая стратегия несет и риски, например, ярких особей чаще съедают другие виды, а еще за ними реже ухаживают самцы. Сам по себе такой вариант приспособления достаточно необычен. — Female birds disguised as males get extra food.

Молекулярная биология

Молекулярная основа слуха

Долгое время не было понятно, как в процессе восприятия звуков механические колебания переходят в электрические сигналы. Сейчас эта загадка частично разгадана. У нематод нашли белковый комплекс TMC, который реализует эту задачу. Этот довольно большой порообразующий комплекс изменяет мембрану клетки после механического воздействия, после чего ее ионные каналы начинают работать по-другому, отчего происходит смена мембранного потенциала. Известно, что у позвоночных синтезируются такие же белки, как у TMC комплекса нематоды — или очень похожие, поэтому, вероятно, у позвоночных такой же механизм перевода механических колебаний в электрические сигналы. В исследовании подробно описывается строение и функционирование белкового комплекса ТМС. — Structures of the TMC-1 complex illuminate mechanosensory transduction, «Биомолекула»: «Поймать звук: от молекул до импланта, слышащего свет».

Как млекопитающие чувствуют холод?

Белковый канал TRPM8 отвечает за ощущение прохлады при низкой температуре или при воздействии химических веществ вроде ментола. Исследователи выяснили, что в случае химически опосредованного ощущения холода происходит взаимодействие вещества, вызывающего холод, белка TRPM8 и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP2). В исследовании представлена структурная основа активации TRPM8. Ранее исследования проводились с птицами, но не с млекопитающими — а они имеют разную чувствительность к холоду и к химическим веществам, поэтому их результаты были не вполне актуальны. Данное же исследование проводилось на мышах. — Activation mechanism of the mouse cold-sensing TRPM8 channel by cooling agonist and PIP2, «Биомолекула»: «„Мятный холодок“: почему ментол создает ощущение прохлады во рту».

Медицина

Фетальный гемоглобин против болезней

У эмбриона человека в эритроцитах преобладает фетальный гемоглобин (HbF), который обладает большим сродством к кислороду, но менее устойчив. В процессе развития доминирующим становится гемоглобин взрослого человека (HbA), который имеет меньшее сродство к кислороду, но более устойчив. Этот переход осуществляется благодаря смещению экспрессии с γ-глобина на бета-глобин. Такие заболевания, как серповидноклеточная анемия и бета-талассемия, поражают наш обычный гемоглобин. Новый вариант борьбы с этими патологиями заключается в повышении в крови больного содержание фетального гемоглобина, чтобы он взял на себя функции поврежденного обычного гемоглобина — то есть произвести своего рода омоложение крови. Осуществили это с помощью технологии CRISPR-Cas9, примененной к компоненту протеасомы убиквинтина — белка, который регулирует экспрессию гемоглобина. — Activation of γ-globin expression by hypoxia-inducible factor 1α, «Биомолекула»: «Возможна ли жизнь без гемоглобина?».

Настоящее и будущее ксенотрансплантации

Недостаток донорских органов не перестает быть огромной проблемой. Ее пытаются решить разными путями: создают искусственные органы, развивают ксенотрансплантацию — пересадку органов между разными видами. Пока что оба этих подхода не дошли до полноценного решения, но они развиваются, и достаточно успешно. Недавние успехи в ксенотрансплантации указывают на то, что она остается перспективным направлением, несмотря на предшествующие неудачи. Сочетание иммуносупрессии, смешанного химеризма и редактирования генома с помощью CRISPR-Cas9 в последние годы показали неплохие результаты. Были проведены трансплантации органов от свиней к нечеловекообразным обезьянам, которые филогенетически близки к людям. Эти пересадки оказались успешными, хотя еще несколько лет назад они сопровождались резким отторжением. Так, почки от свиней-доноров функционировали в организме обезьян более года, а сердце — около 9 месяцев. Эти успехи указывают на то, что ксенотрансплантацию стоит развивать: возможно, когда-нибудь с ее помощью проблема недостатка донорских органов будет решена. — Developing pig-to-human organ transplants, «Биомолекула»: «Как вылечить сердце? Достижения современной науки».

Экология

Создан каталог всех экосистем Земли

Человечество всё больше задумывается о том, как сохранять редкие виды, как не ставить всё новые и новые организмы на грань вымирания. Недавно по запросу ООН, в рамках проекта по сохранению биоразнообразия на Земле, огромный междисциплинарный коллектив ученых разработал полный каталог экосистем Земли — с учетом подверженности рискам, текущего состояния, биоты и многих других параметров экосистем. Они разрабатывали его около трех лет. Исследователи надеются, что такой полный каталог позволит системно реализовывать проекты по восстановлению и поддержке экологии на нашей планете. Вы сами можете посмотреть на результат их работы на сайте проекта. — New catalogue of Earth’s ecosystems.

Генная инженерия

Исследована структура еще одной РНК-управляемой системы

CRISPR-Cas9 продолжает будоражить умы ученых — и, вероятно, не скоро оставит их в покое. Недавно исследователи добрались до предков бактерии Desulfovirgula thermocuniculi. Так они нашли новый класс РНК-управляемых систем, названных OMEGA, которые включают IscB, вероятного предка Cas9, а также никазу — фермент, который режет лишь одну цепь двухцепочечной ДНК в определенных последовательностях нуклеотидов — IsrB. При этом IsrB является гомологом IscB, который наверняка является предком Cas9. Возможно, обнаруженные структуры еще больше продвинут методы генной инженерии. — Structure of the OMEGA nickase IsrB in complex with ωRNA and target DNA, «Биомолекула»: «Новые друзья CRISPR/​Cas».

Подавление пироптоза патогеном

Исследователи из Китая показывают, что пироптоз — программируемый некроз, при котором в мембране клетки образуются поры — играет важную роль в борьбе с бактериальными патогенами. Но многие патогены способны подавить его, например, это умеет делать палочка Коха. В новом исследовании раскрыт механизм подавления пироптоза, который использует эта бактерия. Выяснилось, что она делает это, изменяя мембрану клетки хозяина с помощью протеинфосфатазы PtpB, которая активизируется в ответ на убиквитин, который участвует в запуске пироптоза. Исходя из этих данных, исследователи надеются, что можно будет создать новый метод лечения туберкулеза, влияя на взаимодействие «PtpB-убиквитин». — A bacterial phospholipid phosphatase inhibits host pyroptosis by hijacking ubiquitin, «Биомолекула»: «Самособирающиеся пептидные нановолокна в борьбе с туберкулезом».

Вопрос растений: стресс или рост?

Растения, обитающие в изменчивой среде, постоянно выбирают, на что тратить сейчас энергию: для реакции на стресс или на рост. В исследовании японских ученых раскрывается, как осуществляется переключение между этими стратегиями. Описывается взаимодействие семейств рецепторов: LRR-RK и PSYR с различными лигандами. Именно эти рецепторы переключают растение с роста на стресс. Без PSYR растение становится неустойчивым по отношению к биотическим и к абиотическим стрессам. — Peptide ligand-mediated trade-off between plant growth and stress response.

Маркер старения на полезных клетках

Считается, что если клетки экспрессируют ген p16INK4a+, то они стареющие, вредные, и вообще их лучше удалить. Но оказалось, что это не совсем так и этот маркер не абсолютно достоверен. Группа ученых из Сан-Франциско обнаружила фибробласты рядом с эпителиальными клетками в легких, которые экспрессируют p16INK4+. Они обладают некоторыми признаками старых клеток, но при этом несут пользу. Эти клетки очень точно реагируют на воспаление и принимают участие в регенерации эпителия легких. — Sentinel p16INK4a+ cells in the basement membrane form a reparative niche in the lung.