Nature #569 (7720) + онлайны: восстановление поврежденного спинного мозга, половая дифференциация в нервной системе и кладка яиц звероящеров

• Нейробиология. Для формирования эпизодической памяти важно кодирование времени и его соотнесение с определенными событиями. Однако информации о том, как именно это происходит в мозге, не хватает. Новые исследования показывают, что популяции нейронов латеральной части энторинальной коры соотносят время с кодированием опыта. Такая репрезентация эпизодического времени может быть сопряжена со сведениями по пространству из медиальной части энторинальной коры. Суммарно по этим данным гиппокамп получает объединенную «картинку» того, что, когда и где происходит. — Integrating time from experience in the lateral entorhinal cortex.
• Нейробиология. Нарушения структуры тау-белков обнаруживают при нейродегенеративных заболеваниях, в том числе при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Известно шесть изоформ этих белков, которые присутствуют в головном мозге здорового человека. Оказалось, что распределение изоформ и сворачивание белка при патологических состояниях различается, например, у пациентов с болезнью Пика и с болезнью Альцгеймера. — Structures of filaments from Pick’s disease reveal a novel tau protein fold. «Биомолекула»: «На руинах памяти: настоящее и будущее болезни Альцгеймера».
• Нейробиология. При полном повреждении спинного мозга рассеченные аксоны нейронов у взрослых не срастаются. Существуют методы влияния на рост аксонов при развитии организма или после травмы, но они не могут полностью восстановить их целостность у взрослых. Ученые показали, что на прорастание аксонов при развитии плода влияют три незаменимых фактора, которые или отсутствуют, или слабо работают у взрослых. Это внутренняя способность нейронов к росту, субстрат, поддерживающий процесс роста, и хемоаттракция. В моделях на взрослых грызунах воздействие через эти три фактора стимулирует устойчивую регенерацию аксонов при анатомически полном повреждении спинного мозга. — Required growth facilitators propel axon regeneration across complete spinal cord injury.
• Нейробиология. У всех видов животных существует половой диморфизм нервной системы, причем разных уровней — от молекулярного до анатомического. Нематоды не стали исключением. Ученые показали, что у Caenorhabditis elegans половая дифференциация влечет за собой полоспецифический прунинг, то есть специфическое сокращение количества связей между теми нейронами, которые присутствуют у обоих полов. Это приводит к различиям в нервных контурах у взрослых животных. Если в начале жизни организм голодал, то этот процесс подавляется посредством изменения моноаминергического сигналинга. — Past experience shapes sexually dimorphic neuronal wiring through monoaminergic signalling. «Биомолекула»: «Мальчик или девочка».
• Малярия. Устойчивая к лекарствам малярия чаще встречается в Юго-Восточной Азии, а не в Африке, где распространенность этого заболевания самая высокая. Этот факт давно озадачивал ученых, однако, кажется, теперь частичное объяснение этому найдено: соперничество между малярийными штаммами. Если при высокой заболеваемости внутри организма есть разные штаммы этих паразитов, то устойчивые штаммы плазмодия, скорее всего, «проиграют» штаммам с низкой устойчивостью. Но если заболеваемость малярией низкая, то у лекарственно-устойчивых штаммов больше шансов преуспеть в этой конкуренции. — Why places with less malaria produce more drug-resistant strains.
• Структурка, малярия. В заражении малярийным плазмодием важную роль играют белки комплекса PTEX (Plasmodium translocon of exported proteins). Они обеспечивают перенос эффекторных белков через вакуолярную мембрану, внутри которой находится паразит, в эритроциты хозяина. В новой работе описана структура транслокона и раскрыт предположительный механизм этого этапа заражения малярией. — Malaria parasite translocon structure and mechanism of effector export.
• Вирусология. Вирус Зика — это флавивирус, переносимый комарами. В последние годы стал печально известен всему миру после эпидемии в Южной и Центральной Америках. Особое волнение вызывают инфицирование вирусом при беременности, поскольку это влечет за собой деформации плода. В этом обзоре вы прочтете об изучении вируса Зика в клеточных культурах и на животных моделях. Кроме того, вы познакомитесь с тем, как новая информация способствует разработкам вакцин, которые, если докажут свою эффективность в клинических испытаниях, скоро попадут на рынок. — The emergence of Zika virus and its new clinical syndromes. «Биомолекула»: «Вирус Зика — глобальная угроза?».
• Молекулярка, геномная стабильность. В геноме человека — тысячи длинных некодирующих РНК, но специфические биологические функции и биохимические механизмы определены только для десятка из них. Недавно было показано, что специфическая длинная некодирующая РНК NORAD (non-coding RNA activated by DNA damage) необходима для поддержания геномной стабильности. Сейчас ученые разгадали механизм ее работы. Так, NORAD взаимодействует с белками, участвующими в процессах репликации и репарации ДНК, и контролирует способность RBMX, компонента ответа клетки на повреждение ДНК, образовывать рибонуклеопротеидный комплекс NARC1, поддерживающий геномную стабильность. — The NORAD lncRNA assembles a topoisomerase complex critical for genome stability.
• Молекулярка. Правильное сворачивание только что синтезированных белков до нативного состояния может стать сложной задачей во внутриклеточном пространстве, плотно заполненном другими молекулами, поскольку различные незапланированные взаимодействия могут привести к неправильной работе, агрегации и даже деградации белка. Есть разные успешные подходы к решению этой проблемы, однако мало известно про завершающие шаги этого процесса, когда полипептиды «собираются» в комплексы. Ученые показали, что у Saccharomyces cerevisiae этот вопрос решается котрансляционной сборкой олигомерных комплексов, когда одна субъединица служит «подпоркой» при трансляции остальных субъединиц комплекса. — Cotranslational assembly of protein complexes in eukaryotes revealed by ribosome profiling.
• Эволюция. В процессе эволюции физиология, морфология, поведение (также и репродуктивная стратегия) различных животных менялись очень сильно, в том числе обеспечивая на ранних этапах развития появление черепа с увеличенным мозгом. Ископаемых материалов многих важных переходных периодов просто нет. Сейчас была найдена кладка из 38 яиц звероящеров Kayentatherium wellesi, представителей тритилодонтидовых, вместе с материнским скелетом. Это открытие показывает, что предки современных млекопитающих все-таки делали ставку на большое количество потомства, при этом мозг детенышей был маленьким. — Jurassic stem-mammal perinates and the origin of mammalian reproduction and growth.
• Молекулярка. Глутаминсинтетаза — это важный для азотного метаболизма фермент, катализирующий превращение глутамата и аммиака в глутамин. Исследователи сейчас обнаружили его новую функцию. Оказалось, что глутаминсинтетаза задействована в процессе миграции эндотелиальных клеток при патологическом ангиогенезе посредством аутопальмитирования белка RHOJ и регуляции его сигналинга. — Role of glutamine synthetase in angiogenesis beyond glutamine synthesis.
• Структурка, оптогенетика. Канальные родопсины — это светочувствительные белки, которые работают как каналы: при воздействии света пропускают ионы в клетку. По совместительству это и один из многообещающих инструментов в арсенале ученых, применяемый в оптогенетике (подробнее можно прочитать в статье в «Науке и жизни»). На практике применяются как спроектированные человеком, так и естественные каналродопсины: dACRs и nACRs соответственно. Им посвящены две статьи в этом выпуске Nature. Одна группа ученых расшифровала кристаллическую структуру естественного анионного каналродопсина ACR1 (channelrhodopsin-1), выделенного из водоросли Guillardia theta. Другие же исследователи привели кристаллическую структуру искусственного dACR iC++ и предоставили всестороннее описание многих свойств искусственных и естественных канальных родопсинов. Подобная информация крайне важна для усовершенствования современных оптогенетических методов. — Crystal structure of the natural anion-conducting channelrhodopsin GtACR1, Structural mechanisms of selectivity and gating in anion channelrhodopsins. «Биомолекула»: «Зрительный родопсин — рецептор, реагирующий на свет».
• Антропология. Такой природный ресурс как пастбища играет важную роль в жизни человечества. Однако человеку вовсе не обязательно довольствоваться лишь тем, что уже есть, — он может намеренно обогащать почву, например, концентрируя выпас скота (иными словами, экскременты) в определенных зонах. Так, ученые с помощью анализа почв эпохи пасторального, то есть пастушьего, неолита (Pastoral Neolithic) в Кении, показали, что привнесение питательных веществ в саванны скотоводами последние три тысячи лет имело долгоиграющие последствия для экосистем. — Ancient herders enriched and restructured African grasslands.

Science #361 (6405) + онлайны: спецвыпуск по связи науки и технологий, излечение собак от миодистрофии Дюшенна и изучение вируса желтой лихорадки

• Метод, генетика. В геноме важна не только последовательность нуклеотидов, но и трехмерная структура. Изучать ее помогает множество стратегий (о которых «Биомолекула» писала в подробностях), например, 3C-методы анализа трехмерной организации генома. Сейчас ученые предложили новый подход для описания объемной структуры генома в гаплоидных клетках — Dip-C, метод фиксации конформации хроматина индивидуальной клетки. — Three-dimensional genome structures of single diploid human cells. «Биомолекула»: «Организовать геном: запутанная история гипотез и экспериментов», «Половая жизнь хроматина».
• Метод, генетика. Ученые уже умеют по отдельности получать данные по транскриптому и по доступности хроматина индивидуальных клеток. Теперь исследователи описали новую технологию sci-CAR, которая призвана оценить сразу два параметра вместе: и доступность хроматина, и экспрессию генов в каждой из тысяч одиночных клеток. Работа технологии уже показана в опытах. — Joint profiling of chromatin accessibility and gene expression in thousands of single cells.
• Метод, редактирование генома. РНК-направленная эндонуклеаза Cas9 — один из главных инструментов редактирования генома. Однако, к сожалению, широко используемый фермент SpCas9 из Streptococcus pyogenes из-за специфичности нельзя нацелить на некоторые участки генома. Ученые спроектировали улучшенную версию этого фермента — SpCas9-NG, которому для распознавания цели не нужна специфическая последовательность (PAM — мотив, прилегающий к протоспейсеру) NGG, где N — это любой нуклеотид, а GG — два гуанина. — Engineered CRISPR-Cas9 nuclease with expanded targeting space.
• Редактирование генома. Инструмент CRISPR покоряет новые высоты. Сейчас ученые смогли «вылечить» миодистрофию Дюшенна на животной модели с использованием собак. Подобный опыт уже успешно провели на мышах (об этом писала «Биомолекула»), но на таких крупных объектах эксперимента еще не было. Мышечные клетки снова стали продуцировать нормальный белок дистрофин во многих тканях, включая диафрагму и сердце, и это особенно важно: многие пациенты умирают именно из-за респираторной и сердечной недостаточности. Однако до клинических исследований на людях еще далеко: в опыте участвовали только 4 собаки, и исследователи наблюдали животных только два месяца после вмешательства. — In dogs, CRISPR fixes a muscular dystrophy, Gene editing restores dystrophin expression in a canine model of Duchenne muscular dystrophy. «Биомолекула»: «Вылечить миодистрофию Дюшенна: конкуренция групп, единство методик».
• Онкология. Дефекты клеточной сигнализации, например, в опухолевых клетках, могут привести в конечном итоге к усилению или уменьшению клеточной пролиферации. Однако оказалось, что изменять клеточный ответ — например, усиливать деление клеток, — могут также перемены в продолжительности или частоте сигнала. Ученые продемонстрировали это при изучении внеклеточного киназного пути Ras-Erk, в котором при правильном функционировании сигналы должны передаваться строго с плазматической мембраны в ядро. — Cancer mutations and targeted drugs can disrupt dynamic signal encoding by the Ras-Erk pathway, From oncogenic mutation to dynamic code.
• Онкология. Цитогенетический анализ уже давно стал обязательной составляющей характеристики опухоли. Иногда с виду простой результат скрывает множество сложных геномных перестроек. Исследователи сфокусировались на саркоме Юинга и показали, что 40% случаев слияния EWSR1-FLI1 и все случаи слияния EWSR1-ERG связаны с такой перестройкой генома как хромоплексия. Возможно, что хромоплексические «всплески» запускают ранние этапы образования этого типа сарком и присутствуют у более агрессивных форм заболевания. — Rearrangement bursts generate canonical gene fusions in bone and soft tissue tumors, Fusion oncogenes — genetic musical chairs.
• Эпидемиология, желтая лихорадка. Еще один обзор от Science посвящен желтой лихорадке. Это тяжелое вирусное заболеванию с высокой летальностью, вызываемое вирусом желтой лихорадки YFV (yellow fever virus), схожим с вирусами денге и Зика. Несмотря на наличие эффективной вакцины 17D, внезапные вспышки лихорадки уносят сотни жизней. Сейчас ученые проанализировали данные по вспышке в Бразилии 2016–2018 годов и установили очаг заболевания и параметры его распространения. Эта информация может помочь в борьбе с будущими вспышками желтой лихорадки. — The reemergence of yellow fever, Genomic and epidemiological monitoring of yellow fever virus transmission potential. «Биомолекула»: «Мир до и после изобретения вакцин».
• Опиатная зависимость. Уже неоднократно «Биомолекула» писала о новых исследованиях, связанных с опиатами и зависимостью от них. Действительно, миру очень нужны более безопасные и не вызывающие привыкания альтернативы старым препаратам. В этом обзоре вы прочтете о разрабатываемых сейчас соединениях. Они эффективно облегчают боль, при этом риск развития зависимости либо угнетения дыхания от их применения гораздо ниже. — New pain drugs may lower overdose and addiction risk. «Биомолекула»: «Идеальный опиоид, или Как избавиться от Дамоклова меча».
• Опиатная зависимость, генетика, эволюция. Обезболивающие на основе морфинанов (к ним относятся морфин и кодеин) получают из мака снотворного. Ученые расшифровали и изучили геном этого растения и на основе своего анализа сделали несколько предположений о его эволюции, в частности, о том, как сформировался путь биосинтеза морфинанов. — The opium poppy genome and morphinan production.
• Паразитарное заболевание, зоология беспозвоночных. Шистосомоз — это паразитарное заболевание, вызываемое трематодами. Им заражено, по оценкам, около 230 миллионов человек — преимущественно в Африке, Индии и Южной Америке. Это делает шистосомоз вторым по распространенности паразитарным заболеванием в мире после малярии. В последние годы случаи заболевания шистосомозом были зарегистрированы в Европе. Сейчас ученые смогли воссоздать картину проникновения паразита за пределы своего обычного ареала обитания и определили, что виновен во всем гибрид двух видов — S. haematobium и S. bovis. — Hybridization may give some parasites a leg up.
• Эволюция. Яды животных могут быть и смертельным оружием, и лекарством. Человечество использовало их в обеих ипостасях с древних времен. В этом обзоре от Science вы прочтете об истории исследования ядов, их эволюционных изменениях и о том, для чего ядовитых животных изучают сейчас. Заинтересовавшихся этой темой могут привлечь материалы Natural History Museum (Лондон), которые они готовили к уже закончившейся выставке Venom: Killer and Cure. — Venoms to the rescue.