Биология развития

Можно ли родить потомство другого вида?

Муравьи Messor ibericus ломают все каноны размножения, как показывает статья, напечатанная в свежем номере Nature.

Муравьиный цикл воспроизведения в целом очень необычный: молодая матка единожды спаривается, а потом становится основательницей новой колонии, используя сперму, полученную от единственного самца. Из оплодотворенных яиц развиваются либо стерильные самки-рабочие, либо будущие матки. Неоплодотворенные яйца дают самцов.

Однако, как оказалось, у M. ibericus, все еще сложнее. Их матки — обычные матки M. ibericus. Рабочие же самки должны быть такие же по генотипу и фенотипу, но будто у них были отцы другого вида — M. structor. А эти муравьи живут за 700 км от муравейников, которые исследовали ученые.

Изучив самцов, живших в муравейниках M. ibericus, авторы нашли, что у них ядерный геном M. structor, а митохондриальный — M. ibericus. Это привело к интересной гипотезе, которую авторы подтвердили: матки M. ibericus клонируют самцов M. structor. Их сперма попадает в яйца, однако собственные гены яйца не включаются в развитие: геном будущего самца — это копия генома отца. Такое уже наблюдалось у других муравьев, но никогда у разных видов: два вида Messor разошлись 5 млн лет назад. — One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants, «Биомолекула»: «Эдвард Уилсон: „Планета муравьев“. Рецензия».

Между поседением и меланомой

Что заставляет клетки выполнять свою функцию с возрастом? Над этим вопросом задумались японские ученые, сфокусировавшись на возрастных изменениях, которые связаны с меланоцитами. Наблюдая за стволовыми клетками-предшественниками меланоцитов у мышей, они смогли показать, что эти клетки проходят через так называемую сенесцентную дифференцировку (seno-differentiation), то есть с возрастом меняют функцию и морфологию. Триггером этого являются двухцепочечные разрывы ДНК, которые могут появляться в ответ на воздействие внешних факторов. С возрастом накопившие мутации клетки удаляются из пула, одновременно приводя к поседению и снижению риска меланомы. Однако канцерогены способны предотвращать этот процесс, активируют деление предшественников меланоцитов и могут привести к образованию меланомы. — Antagonistic stem cell fates under stress govern decisions between hair greying and melanoma, «Биомолекула»: «Почему мы седеем?».

cGAS позволяет голым землекопам дольше жить

Секрет долголетия голого землекопа ищут многие ученые. Китайские исследователи, кажется, нашли один из них. Белок cGAS (синтаза циклического ГМФ-АМФ) важен для антивирусного ответа в клетках и запускает каскад синтеза интерферонов. Однако это не единственная функция белка. Он также связан с хроматином, и у человека и мыши снижает эффективность гомологичной рекомбинации. Но у голого землекопа четыре аминокислоты на С-конце белка, наоборот, увеличивают связывание этого белка с хроматином в начале репарации, стабилизируя соответствующие белки и поддерживая этот процесс.

Авторы заменили cGAS мыши на вариант cGAS голого землекопа и обнаружили снижение маркеров старения.ю таких как активность, снижение мышечной массы и уровня иммуноглобулина G и интерлейкина 6. В похожем эксперименте на дрозофиле такой вариант cGAS увеличивал продолжительность жизни мух, подчеркивая свойства этого белка у голого землекопа. — A cGAS-mediated mechanism in naked mole-rats potentiates DNA repair and delays aging, «Биомолекула»: «Голый землекоп и рак: кто кого?».

Клеточная биология

Первый одобренный препарат для лечения митохондриальных заболеваний

Science обсуждает долгожданное одобрение FDA препарата эламипретид — единственного препарата для лечения синдрома Барта и первого одобренного FDA препарата для лечения митохондриальных заболеваний.

Синдром Барта — это редкое X-сцепленное заболевание, связанное с митохондриями, при котором происходят мутации в гене TAZ. Этот ген вовлечен в ремоделирование кардиолипина — основного фосфолипида внутренней мембраны митохондрий. Пептид эламипретид связывается с кардиолипином и защищает структуру митохондрий.

Несмотря на достаточно понятный механизм, одобрение препарата заняло долгое время, и разрешение на его применение получено только для детей весом более 30 кг, а значит, недоступно для младенцев, у которых уже развиваются симптомы синдрома Барта.

Несмотря на то, что сейчас идут другие клинические исследования препаратов против митохондриальных заболеваний, они требуют дополнительных данных, например, доказательств того, приводит ли увеличение мышечной массы к улучшению физической выносливости пациентов. С одной стороны, это задерживает выход новых препаратов, но с другой — улучшает критерии для разработки новых. — First approved drug for mitochondrial disease could pave way for more treatments.

«Черная метка» для больных митохондрий

Публикация Фриссон и коллег в Science описывает один из механизмов, который мог бы стать мишенью для лечения митохондриальных заболеваний. Белок USP30 уже давно изучают в контексте контроля за качеством митохондрий. Это белок-деубиквитиназа, который удаляет метку убиквитина с митохондриальных белков. Однако, как показали авторы, некоторые мутации митохондриальной ДНК ингибируют убиквитинирование и, таким образом, контроль над поврежденными митохондриями. Авторы предполагают, что присутствие даже части митохондрий с мутациями митохондриальной ДНК нарушает контроль митофагии в клетках. Предотвратить это возможно, используя ингибиторы USP30. — Ubiquitin-mediated mitophagy regulates the inheritance of mitochondrial DNA mutations, «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий».

... и «черная метка» для митохондрий почек

Митохондриальная ДНК мутирует в 15 раз быстрее, чем ядерная. Однако то, каковы последствия этих мутаций, на удивление плохо изучено. Исследование группы американских ученых показывает: от подобных мутаций в значительной степени страдают почки. Авторы проанализировали как данные пациентов с хронической почечной недостаточностью, так и результаты работы с мышиными моделями и показали, что повреждения почек приводят к всплеску мутаций в митохондриальной ДНК. Эти мутации персистентные и увеличивают шансы на развитие дальнейшей патологии. Эти эффекты, вероятно, можно преодолеть за счет модулирования метаболизма нуклеотидов, однако требуются дальнейшие исследования, проясняющие эту перспективу. — Reversible compromise of physiological resilience by accumulation of heteroplasmic mtDNA mutations.

Эволюционная биология

Быстрая колонизация через вынужденное разнообразие

Кишечный микробиом — динамическая и постоянно эволюционирующая система. Изучение процессов микробиома способнот помочь нам управлять им, и это, возможно, приведет к появлению новых методов терапии заболеваний кишечника. Исследователи из США изучили процессы, которые позволяют адаптироваться к меняющимся условиям в кишечнике, например, при колонизации ЖКТ новорожденного. Оказалось, что в этом процессе важную роль играют бактерии Bacteroides, которые являются хозяевами ретроэлементов, ответственных за разнообразие (DGR, diversity generating retroelements). Их горизонтальный перенос приводит к разнообразию белков, связанных с пилинами, киназами цитоплазмы и белками-рецепторами вирусов. Они могут приводить к получению белков, придающих устойчивость различных видов бактерий, но за счет разноообразия кодирующих их ДНК. Таким образом, они позволяют бактериям быстро занимать новые ниши. — Targeted protein evolution in the gut microbiome by diversity-generating retroelements, «Биомолекула»: «Стражи микробиома».

Эволюция сквозь мультиом

«-омики» дают нам возможность взглянуть на эволюцию под разными углами и в большом объеме. Однако чем более сложно устроен организм, тем труднее анализ этих взаимодействий. Поэтому использование простых модельных организмов, таких как пекарские дрожжи, позволяет упростить эту задачу, делая ее чуть менее сложной.

Авторы исследования взяли два штамма дрожжей: один из виноградника, другой — от пациента, скрестили их и проанализировали геномы и протеомы потомства.

Несмотря на то, что между геномами было всего 12 тысяч различий, полиморфизмы приводили к изменению уровня белков 1600 раз из 6400 обнаруженных связей между белками и генами. Авторы обнаружили, что изменения в сигнальных путях приводят к большому разнообразию эффектов. Кроме того, гены, связанные с метаболизмом, сильно влияют на уровень и присутствие белков, причем это были транс-взаимодействия, а не прямое воздействие кодирующих последовательностей.

Результаты такого анализа важны для понимания сложных признаков и могут быть использованы при изучении более сложных организмов. — A genome-to-proteome map reveals how natural variants drive proteome diversity and shape fitness, «Биомолекула»: «Спецпроект Мультиомиксные технологии».