Nature #585 (7825) + онлайны: покрытие глаз насекомых, искусственный кишечник и клеточные основы страха

• Зоология. Глаза насекомых покрыты противоотражающим слоем, который образован особыми наноструктурами на роговице, создающими градиент показателя преломления между воздухом и веществом хрусталика. Этот противоотражающий слой, кроме того, обладает противоадгезионными свойствами. В новом исследовании ученых из Швейцарии во главе с нашим соотечественником Владимиром Катанаевым была детально изучено строение противоотражающего слоя глаза дрозофилы. Они показали, что противоотражающий слой состоит из отдельных «нановыпячиваний», которые, располагаясь поодиночке, обеспечивают противоотражающие свойствами, а, сливаясь, придают слою противоадгезионные свойства. Ученые также изучили, как белок ретинин и воска роговицы создают наноструктуры на поверхности глаза насекомого. — Reverse and forward engineering of Drosophila corneal nanocoatings.
• Антропология. Расцвет викингов пришелся на период с примерно 750 по 1050 годы н. э. Именно в этот период викинги по морю добрались до разных регионов Европы и Гренландии. В новом исследовании были исследованы геномы 442 викингов. Геномный анализ позволил авторам работы не только разобраться в генетическом разнообразии викингов, населявших Скандинавию, но и установить основные маршруты их перемещений по Европе. Оказалось, что Англию колонизировали викинги из Дании, Балтика покорилась викингам родом из Швеции, а норвежские викинги распространились в Ирландии, Исландии и Гренландии. При этом во время эпохи викингов в Скандинавию шел мощный поток генов со всей Европы. Авторы работы также установили, что разделение вариантов генов, связанных с пигментацией, по разным популяциям европейцев произошло в течение последнего тысячелетия, и разобрались в эволюционном пути аллелей, находившихся под положительным отбором у жителей Северной Европы, таких как аллель гена LCT, позволяющая усваивать лактозу. — Population genomics of the Viking world.
• SARS-CoV-2, структурка. Для того чтобы после связывания S-белка SARS-CoV-2 с рецептором ACE2 произошло слияние мембран вируса и клетки, необходимо, чтобы в S-белок были внесены два протеолитических разрыва. Первый из них вносит протеаза фурин, а продукты разрезания (фрагменты S1 и S2) остаются связанными друг с другом после внесения разрыва. В новой работе детально изучен процесс взаимодействия фрагментов S1 и S2 с помощью криэлектронной микроскопии. Исследователи выявили 10 различных состояний, соответствующих разным стадиям взаимодействия фрагментов S-белка с ACE2. — Receptor binding and priming of the spike protein of SARS-CoV-2 for membrane fusion, биомолекула: SARS-CoV-2.
• Иммунология, эволюция. У животных имеется консервативное семейство противовирусных белков виперинов, экспрессия которых запускается под действием интерферонов. Виперины синтезируют модифицированные цитозиновые нуклеотиды, которые служат терминаторами при вирусной транскрипции. В новом исследовании показано, что виперины произошли от группы белков бактерий и архей, которые защищают их от вирусов. Механизм работы прокариотических виперинов оказался практически идентичен таковому у виперинов животных. — Prokaryotic viperins produce diverse antiviral molecules.
• Органоиды. Швейцарские ученые смогли получить органоид, представляющий собой миниатюрный тонкий кишечник. Как и реальная кишка, он полый, а на его внутренней поверхности располагаются ворсинки и крипты, причем их пространственное расположение относительно друг друга идентично таковому в реальном кишечнике. Если подключить органоид к внешней насосной системе, то можно продлить срок его существования до нескольких недель за счет постоянного удаления из него погибших клеток. Кроме того, в органоиде даже может жить кишечная микробиота, поэтому его можно использовать для моделирования взаимодействия хозяина с кишечными микроорганизмами. — Homeostatic mini-intestines through scaffold-guided organoid morphogenesis, биомолекула: Органы из лаборатории, Искусственные органы и тканевая инженерия, Желудок размером с горошину + человеческий кишечник, выращенный в мыши.
• Нейробиология. К диссоциативным расстройствам относят поведенческие нарушения, при которых происходит рассогласование распознавания стимула и ответа на него. Ученые из Стэнфордского университета смоделировали диссоциативное расстройство у мышей, давая им кетамин или фенциклидин. Электрофизиологическое исследование подопытных животных выявило наличие рассогласований между большей частью путей получения и обработки информации в мозге и механизмами формирования поведенческого ответа. Кроме того, авторы работы разобрались в молекулярных и клеточных основах подобной рассинхронизации. — Deep posteromedial cortical rhythm in dissociation.
• Стволовые клетки. Хотя репрограммирование соматических клеток человека в стволовые часто используется в исследовательской работе, молекулярные механизмы подобной дедифференцировки почти не изучены, что затрудняет оптимизацию протоколов репрограммирования. В новом исследовании процесс репрограммирования человеческих кожных фибробластов был детально изучен на уровне изменений в экспрессии отдельных генов в ходе дедифференцировки. Кроме того, было показано, что некоторые клетки в ходе репрораммирования переходят в состояние, близкое к клеткам трофэктодермы. Эти клетки можно выделить и из них получить индуцированные стволовые клетки трофобласта, которые молекулярно и функционально идентичны стволовым клеткам трофобласта, выделенным из бластоцисты человека или плаценты во время первого триместра беременности. — Reprogramming roadmap reveals route to human induced trophoblast stem cells, биомолекула: Была клетка простая, стала стволовая.
• Биогеография. Американские ученые проверили, совпадают ли географические ареалы обитания морских организмов с их экофизиологическими границами, в пределах которых они могут получать достаточное для жизни количество аэробной энергии. Исследователи показали, что на морских животных действует строгий отбор по толерантности к низкому уровню кислорода. Способность животного переносить гипоксию определяет географические ниши, которые оно может населять. — Metabolic trait diversity shapes marine biogeography.
• Молекулярка, структурка. Белки из числа поли(АДФ-рибоза)-полимераз — PARP1 и PARP2 — реагируют на появление в геномной ДНК двуцепочечных разрывов, присоединяя полиАДФ-рибозу к гистонам и другим белкам при участии белка HPF1. Чтобы выяснить, каким образом PARP распознает двуцепочечные разрывы, ученые получили структуру человеческого комплекса PARP2—HPF1 в связанном с нуклеосомой виде. — Bridging of DNA breaks activates PARP2—HPF1 to modify chromatin.
• Клеточная биология. Ферроптоз — это вид неапоптотической программируемой клеточной гибели, зависимый от железа. Американские исследователи выяснили, чем может определяться способность клетки уйти в ферроптоз. Оказалось, что пероксисомы играют главную роль в запуске ферроптоза. Именно в этих органеллах синтезируются полиненасыщенные эфирные фосфолипиды, которые служат субстратом для запуска пероксиления липидов, вследствие которого запускается гибель клетки по пути ферроптоза. — Plasticity of ether lipids promotes ferroptosis susceptibility and evasion.
• Нейробиология. Для проявления защитной поведенческой реакции в ответ на появление хищника у мышей необходимы нейроны вентромедиального гипоталамуса, экспрессирующие ядерный рецептор NR5A1. Ученые из Калифорнийского технологического института показали, что в ответ на устрашающий стимул эти нейроны активируются и остаются активными на протяжении аж нескольких десятков секунд. Авторы работы выяснили, что именно активность этих нейронов необходима для запуска защитной поведенческой программы и отвечает за продолжительное ощущение страха и тревоги. — Stimulus-specific hypothalamic encoding of a persistent defensive state.
• Физиология. Ученые из Кении и Великобритании выяснили, почему носители редкой группы крови, известной как Данту, на 74% защищены от всех тяжелых форм малярии. Оказалось, все дело в поверхностном натяжении эритроцитов: у носителей группы Данту существенно изменен репертуар поверхностных белков эритроцитов, благодаря чему мерозоит Plasmodium falciparum просто не может пробраться внутрь эритроцита. Интересно, что у людей, не являющихся счастливыми обладателями группы крови Данту, есть определенная доля эритроцитов с повышенным поверхностным натяжением. Проникновение мероизоита в эритроцит значительно затруднено и в этом случае. — Red blood cell tension protects against severe malaria in the Dantu blood group.
• Эволюция, молекулярка. Клетки нервного гребня, являющиеся способными к миграциям эмбриональными клетками, уникальны для позвоночных. Развитие клеток нервного гребня у челюстноротых находится под частичным контролем эндотелиновых лигандов и рецепторов, которые также присущи исключительно позвоночным. Ученые из Университета Колорадо решили выяснить, был ли эндотелиновый сигнальный путь главной движущей силой обособления клеток нервного гребня в ходе эволюции. Сравнивая миногу, относящуюся к бесчелюстным позвоночным, и лягушку, исследователи установили, что эндотелиновый сигнальный путь был активен в клетках нервного гребня еще до полногеномной дупликации — важнейшего события в эволюции позвоночных. — Evolution of the endothelin pathway drove neural crest cell diversification.

Science #369 (6510) + онлайны: образование малой рибосомной субъединицы, инозин как усилитель иммунотерапии рака и суперстабильный вариант S-белка

• Нейробиология. Наука о больших данных стремительно преобразует различные области биологических знаний. Возможность заглянуть в самое сердце молекулярных процессов на уровне одиночных клеток позволяет посмотреть на, казалось бы, известные структуры и процессы с совершенно новой стороны. Не остаются в стороне и нейронауки. В новом обзоре, написанном дуэтом британских ученых, рассказывается, как наука о больших данных расширила наши представления о развитии нервной системы. — Looking at neurodevelopment through a big data lens.
• Биология развития. Хотя план строения многих животных принципиально одинаков, продолжительность их жизни может варьировать в широких пределах, причиной чего может быть различная скорость процессов формирования различных органов и структур тела в ходе эмбриогенеза. Два исследования в новом выпуске Science рассматривают, чем отличается временная шкала развития человека от таковой у мыши. Авторы первой работы выяснили, что у человека часы сегментации претерпевают колебания с периодом в 5-6 часов, а у мыши — с периодом в 2-3 часа. Подобные колебания в закладке сегментов связаны с ритмичными процессами деградации белков и активации экспрессии определенных генов. Авторы второго исследования сконцентрировались на временной шкале дифференцировки эмбриональных стволовых клеток в мотонейроны у человека и мыши. Дифференцировка мотонейронов у человека происходит вдвое медленнее, чем у мыши, и причина тому — повышенная стабильность белков и более протяженный клеточный цикл в клетках человека. — Species-specific segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds, Species-specific pace of development is associated with differences in protein stability.
• Иммунология, клеточная биология. В ходе иммунного ответа на вторжение патогена в клетках происходит сборка инфламмасом, которые запускают созревание провоспалительных цитокинов и особый вид программируемой клеточной гибели — пироптоз. Новообразованные инфламмасомы собираются в единую структуру — агресому. В новой работе показано, что для сборки по крайней мере двух видов инфламмасом — NLRP3- и пиринзависимых — необходим центр организации микротрубочек. Для формирования инфламмасом и разрушения центра организации микротрубочек с помощью аутофагии необходим динеиновый белок-адаптер гистондеацетилаза 6 (HDAC6). — HDAC6 mediates an aggresome-like mechanism for NLRP3 and pyrin inflammasome activation.
• COVID-19. Американские и английские ученые построили модель распространения коронавируса по Европе в период отмены ограничений. Они воспользовались данными по перемещениям между административными центрами Европы до и после введения ограничительных мер и показали, что в отсутствие координации при снятии ограничений в странах Европы, особенно жестких карантинных мер, может произойти повторный рост заболеваемости. — Assessing the impact of coordinated COVID-19 exit strategies across Europe.
• Молекулярка, структурка. Формирование малой рибосомной субъединицы в эукариотической клетке начинается с синтеза длинного транскрипта 90S рРНК, который затем дает начало малой субъединице 40S. Две исследовательские группы применили криоэлектронную микроскопию, чтобы установить все стадии на пути от транскрипта 90S к малой субъединице 40S, и определили функции вспомогательных белков, координирующих этот процесс. — 90S pre-ribosome transformation into the primordial 40S subunit, Cryo-EM structure of 90S small ribosomal subunit precursors in transition states.
• Рак. Иммунотерапия ингибиторами контрольных точек (чекпойнт-ингибиторами) позволяет активировать собственный иммунный ответ против опухолевых клеток, что во многих случаях приводит к излечению, однако на терапию откликаются не все пациенты. Известно, что эффективность иммунотерапии чекпойнт-ингибиторами во многом зависит от состава кишечного микробиома пациентов. В новой статье канадских ученых сообщается, что некоторые кишечные бактерии продуцируют инозин, который дополнительно усиливает эффективность терапии. Введение инозина модельным мышам совместно с провоспалительными стимулами и иммунотерапии позволяет запустить мощный противоопухолевый T-клеточный ответ. — Microbiome-derived inosine modulates response to checkpoint inhibitor immunotherapy, биомолекула: Кишечная микрофлора: третий нелишний в иммунотерапии рака.
• SARS-CoV-2. Для успешной разработки нейтрализующих антител и вакцин против SARS-CoV-2 необходим вариант S-белка, который бы успешно синтезировался в клетках млекопитающих и был достаточно стабильным, чтобы выдерживать замораживание и нагревание. К сожалению, ни природный вариант S-белка, ни его более стабильная форма, которая была использована для получения структур высокого разрешения, этими свойствами в нужной мере не обладают. Исследователи из Университета Техаса с помощью введения замен смогли получить стабильный и активно экспрессирующийся вариант S-белка, который они назвали HexaPro. — Structure-based design of prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spikes.
• Физиология. Американские ученые исследовали, каким образом состав кишечной микробиоты может быть связан с развитием хронической болезни почек. Известно, что у человека излишки поступающих с пищей белков стимулируют продукцию сероводорода, индола и индоксилсульфата кишечными бактериями, причем два последних вещества действуют как токсины для почек. В новой работе показано, что потребление пищи, богатой серосодержащими аминокислотами (цистеином и метионином) повышает активность микробных триптофаназ, из-за чего возрастает продукция повреждающих почки индола и индоксилсульфата. — Diet posttranslationally modifies the mouse gut microbial proteome to modulate renal function.
• Физиология растений. Чтобы получать достаточно фосфата, необходимого для роста, многие растения, обитающие на бедных почвах, образуют огромное количество корневых волосков. Бельгийские ученые установили, что у арабидопсиса повышенное образование корневых волосков происходит благодаря повышению активности генов-мишеней транскрипционного фактора TARGET OF MONOPTEROS 5 / LONESOME HIGHWAY (TMO5/LHW). Белок TMO5/LHW запускает синтез цитокинина в клетках сосудистой системы при фосфорном голодании, а также влияет на клетки корневого эпидермиса, вызывая рост дополнительных волосков. Таким образом, фитогормон цитокинин является связующим звеном между клетками сосудов, распознающих нехватку фосфата в воде, поступающей из почвы, и эпидермисом корня. — Vascular transcription factors guide plant epidermal responses to limiting phosphate conditions.