Развитие медицины

Ампутация 31 000 лет назад

Развитие медицины довольно часто связывают с развитием земледельчества: переход с добычи пищи к ведению хозяйства инициировал множество проблем со здоровьем у древних людей. Это дало толчок для развития новых методов в доисторической медицинской практике, например, хирургических операций. И если первому случаю ампутации ранее приписывали возраст в 7000 лет, то статья в последнем выпуске Nature сообщает о новой находке. Скелетные останки молодого человека с Борнео позволяют предположить, что ему ампутировали часть голени по крайней мере 31 000 лет назад, после чего он прожил недолго, но, надеемся, счастливо еще 6–9 лет. — Surgical amputation of a limb 31,000 years ago in Borneo.

Иммунология

Путь к здоровому кишечнику

Кишечная микробиота может вызывать как толерогенный, так и воспалительный Т-клеточный ответ организма. Однако какой из двух путей выберут Т-клетки и при чем тут инфекционные, воспалительные и злокачественные заболевания? Исследователи профилировали Т-клетки, экспонирующие фактор транскрипции RORγt, и выявили доминирующее присутствие T-регуляторных и ILC3-клеток в межфолликулярных зонах. Эти ILC3-клетки необходимы для стимуляции специфичных для микробиоты Т-регуляторных клеток и предотвращения их экспансии в качестве воспалительных Т-хелперов. Однако при воспалительных заболеваниях взаимодействие между ILC3-клетками и Т-регуляторными нарушается, как и здоровье кишечника в целом. — ILC3s select microbiota-specific regulatory T cells to establish tolerance in the gut.

«Биомолекула»: «Кишечная микрофлора: третий нелишний в иммунотерапии рака».

Цена иммунного ответа

Логично предположить, что естественный отбор благоприятствует особям, устойчивым к паразитическим инфекциям. Тем не менее когда сам иммунный ответ обходится энергетически «дорого», отбор иногда может способствовать потере устойчивости. Исследователи, опубликовавшие работу в Science, выбрали в качестве объекта для изучения трехиглую колюшку. Когда морские особи колонизировали пресноводные озера, они приобрели устойчивость к пресноводной цестоде Schistocephalus solidus, но «поплатились» за это плодовитостью. Поэтому в пресноводных водоемах можно обнаружить колюшек, по-разному устойчивых к паразиту. — Evolutionary gain and loss of a pathological immune response to parasitism.

Структурка

Движение микротрубочек в деталях

Динеин — моторный белок, способствующий движению микротрубочек, который активируется связыванием с другим сложным белком, — динактином, а также белком-посредником. Однако как такая конструкция взаимодействует с микротрубочками и как к ней присоединяются белки-посредники, долгое время было невыясненно. Исследователям, опубликовавшим статью в Nature, с помощью криоэлектронной микроскопии удалось выяснить механизмы взаимодействия между доменами динеина, белками-посредниками и динактином. — Structure of dynein–dynactin on microtubules shows tandem adaptor binding.

Незаменимый транспортер есть

Фолаты выполняют важную функцию в организме, являясь незаменимыми питательными веществами, кофакторами, участниками синтеза нуклеиновых кислот и метаболизма аминокислот. У млекопитающих отсутствуют пути синтеза фолиевой кислоты de novo, и поэтому нам необходимо получать ее из внеклеточной среды. hRFC является переносчиком фолиевой кислоты в клетку. С помощью криоэлектронной микроскопии исследователи, опубликовавшие работу в Nature, изучили структуру этой молекулы и ключевые детерминанты специфичности hRFC к субстрату. — Methotrexate recognition by the human reduced folate carrier SLC19A1.

Сквозь нуклеосомы

Вспомним структуру хроматина «бусинки на нитке»: в ядре молекулы ДНК обернуты вокруг гистонов, образуя нуклеосомы. Хотя нуклеосомы представляют собой физические препятствия для ДНК-транскрибирующей РНК-полимеразы II, она каким-то образом проходит сквозь них, сохраняя при этом их структуру. Структурные снимки этого процесса были получены и представлены в новом выпуске Science. Оказывается, РНК-полимераза образует огромный комплекс элонгации, который опосредует разборку нижестоящей нуклеосомы и ее последующую повторную сборку за полимеразой с помощью гистонового шаперона FACT. — Structural basis of nucleosome disassembly and reassembly by RNAPII elongation complex with FACT.

«Биомолекула»: «Структура ДНК».

Физиология

На страже кишечника

Трипсин — хорошо известный в широких кругах фермент, синтезирующийся в поджелудочной железе и расщепляющий пептиды и белки в процессе пищеварения. Однако повышенный уровень этого фермента в дистальном отделе кишечника связан с патологией. Материал в свежем выпуске журнала Nature как раз рассказывает о механизмах регуляции протеаз в кишечнике. Оказывается, штаммы бактерии Paraprevotella, проживающие в здоровом кишечнике, являются мощными комменсалами, разрушающими трипсин, и поддерживает гомеостаз кишечника. — Identification of trypsin-degrading commensals in the large intestine.

«Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас».

Кто виноват, когда хочется жирной пищи?

Вы когда-нибудь чувствовали тягу к жирной пище? В исследовании, опубликованном в Nature, ученые задались ответом на вопрос, какие клетки и рецепторы кишечника и мозга связаны с развитием предпочтения жирной пищи. Оказалось, что в этом процессе участвуют нейроны блуждающего нерва, реагирующие на попадание жиров в кишечник. Более того, исследователи обнаружили две параллельные системы, одна из которых функционирует как общий датчик основных питательных веществ, реагируя на стимуляцию кишечника углеводами, жирами и аминокислотами, а другая активируется только жировыми стимулами. — Gut-Brain Circuits for Fat Preference.

«Биомолекула»: «У страха глаза велики, если кишечник не в порядке».

Экология

Водовороты и экосистемы

Следующая статья погрузит нас прямиком в глубины океана. Исследователи выявили роль океанических водоворотов в пелагических экосистемах, — то есть в жизни тех растений и животных, которые обитают в толще и на поверхности воды. В частности, они проанализировали роль водоворотов в поведении пелагических хищников. Оказалось, что хищники собираются в центре антициклонических водоворотов вслед за своей мезопелагической добычей. Так водовороты связывают эпи- и мезопелагические сообщества. — Anticyclonic eddies aggregate pelagic predators in a subtropical gyre.

Действительно неурожайные годы

Изменение климата чревато неприятными сюрпризами: урожайность многих культур резко падает, когда температура превышает определенные пороговые значения, ставя под угрозу продовольственную безопасность. Исследователи с помощью моделирования оценили зависимость урожайности от повышения температуры вегетационного периода, концентрации атмосферного CO₂ и интенсивности внесения азотных удобрений. Они выяснили, что последствия глобального потепления необходимо снизить уже к 2040 году, чтобы избежать продовольственных кризисов. — Delayed use of bioenergy crops might threaten climate and food security.

Эль-Ниньо, или Южная осцилляция

Южная осцилляция — колебание температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана, оказывающее заметное влияние на динамику экосистем. При этом теплые поверхностные воды препятствуют нормальному подъему более холодной воды, богатой питательными веществами. На страницах последнего выпуска Science исследователи дали оценку воздействия этого явления на фауну: за столетие разнообразие морской фауны уменьшилось, тогда как спектр наземных видов расширился. — El Niño frequency threshold controls coastal biotic communities.

Потеря тропических лесов

Не только природные явления влияют на наземную фауну. В тропиках основным фактором потери леса признано расширение сельского хозяйства, и в работе, опубликованной в Science, ученые дали количественную оценку этим изменениям. По их оценкам, не менее 90% обезлесенных земель приходится на ландшафты, где было развернуто сельское хозяйство, но только около половины было преобразовано в продуктивные сельскохозяйственные угодья. — Disentangling the numbers behind agriculture-driven tropical deforestation.

Молекулярка

«Селеновый» путь

Селен является важным микроэлементом в организме, однако мало что известно о том, как этот элемент встраивается в молекулы для дальнейшего метаболизма. Работа, опубликованная в последнем выпуске Nature, проливает свет на этот вопрос: исследователи обнаружили широко распространенный кластер из трех генов, который кодирует специальный путь для производства селенонеина. В результате работы были также открыты два новых фермента, образующих селен-углеродные связи, и пути биосинтеза для производства неожиданного промежуточного продукта метаболизма селена. — Biosynthesis of selenium-containing small molecules in diverse microorganisms.

Как поможет геномика в выборе терапии

Известно, что прогрессирование рака частично обусловлено геномными изменениями. Следующая работа, опубликованная на прошедшей неделе в Nature, посвящена ответу на вопрос: может ли геномное профилирование у пациентов с раком обеспечить выбор эффективных методов лечения? В исследовании сравнивалась эффективность поддерживающей терапии с таргетной терапией, соответствующей изменению генома, на примере пациентов с метастатическим раком молочной железы. Таргетная терапия показала свою эффективность в некоторых случаях, но необходимо продолжать анализ клинической активности молекулярных мишеней. — Genomics to select treatment for patients with metastatic breast cancer.

«Биомолекула»: «Фармакогеномика: изучение генов на службе персонализированной медицины».

Как заполняются «дыры» в лизосомных мембранах

Лизосомная дисфункция связана со многими болезнями и старением. Изменение проницаемости лизосомной мембраны — отличительный признак заболеваний, связанных с лизосамами. Различные клеточные стрессорные факторы могут влиять на мембрану лизосомы, однако если учесть повреждающее содержимое лизосомы, эта проблема должна быть решена клеткой как можно скорее. Исследование, опубликованное в Nature, рассказывает об инициируемом фосфоинозитидом пути для быстрого восстановления лизосом, в ходе которого лизосомы восстаналивают свою мембрану с помощью липидов ЭПР. — A phosphoinositide signalling pathway mediates rapid lysosomal repair.

«Помощники» ауксина

Ауксин — важнейший фитогормон, участвующий в процессах транскрипции в растительных клетках. Однако это не единственная его функция: ауксин также участвует в фосфорилировании белков, регуляции потоков ионов. Однако механизмы, лежащие в основе этих процессов, не изучены в полной мере. Перед исследователями, чья работа была опубликована в Nature, стоял вопрос, является ли ауксинсвязывающий белок 1 (ABP1) рецептором ауксина. Исследования подтвердили эту гипотезу: ABP1 является рецептором ауксина для передачи сигналов на поверхности клетки, и действует этот белок совместно с трансмембранной киназой 1 (TMK1). — ABP1–TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization.

«Биомолекула»: «Ауксин — великий мотиватор», «Ауксин — философский камень растений, или Арабидопсис, который выжил».

Причины резистентности к противоопухолевой терапии

Лекарственная резистентность опухолевых клеток является одной из главных и пока не разрешенных проблем противораковой терапии. Ее часто связывают с клеточной пластичностью, некоторые молекулярные механизмы которой были изучены в исследовании, опубликованном в Science на прошедшей неделе. Было обнаружено, что при раке предстательной железы пластичность зависит от повышенной активности киназы JAK и рецептора фактора роста фибробластов FGFR. Фармакологическое нацеливание на сигнальные пути JAK и FGFR способствовало перепрограммированию резистентных к терапии клеток. — Lineage plasticity in prostate cancer depends on JAK/STAT inflammatory signaling.

«Вилка» для внеклеточных белков

Аминокислоты могут попадать в клетки млекопитающих посредством макропиноцитоза и лизосомного распада внеклеточных белков. Этот механизм используется, например, раковыми клетками в опухолях с низким содержанием питательных веществ. Статья, опубликованная в Science на прошлой неделе, характеризует белок LYSET, необходимый для потребления клеткой внеклеточных белков. Авторы публикации обнаружили, что этот белок связывается с GlcNAc-1-фосфотрансферазой, которая направляет катаболические ферменты в лизосомы. Без LYSET эта фосфотрансфераза нестабильна, и клетки оказываются истощены по лизосомальным ферментам. — Lysosomal enzyme trafficking factor LYSET enables nutritional usage of extracellular proteins.

Нейробиология

Нейроны «нездорового поведения»

Инфекции способны затрагивать нейронные механизмы, лежащие в основе развития анорексии, вялости, адипсии. Исследователи, изучающие механизм этого явления, показали, что определенная субпопуляция нейронов в стволе мозга может контролировать разнообразные реакции на бактериальный эндотоксин, что и вызывает нездоровое поведение. Оказалось, что причина скрыта в популяции нейронов ADCYAP1+. Ингибирование этих нейронов значительно уменьшало болезненное состояние, наблюдаемое после инъекции бактериального эндотоксина. — Brainstem ADCYAP1+ neurons control multiple aspects of sickness behaviour.

Неокортекс между современным человеком и неандертальцем

Неокортекс представляет собой наиболее эволюционно продвинутую структуру мозга, отвечающую за когнитивные способности. Именно с размером и архитектоникой неокортекса связывают экстраординарные когнитивные способности человека. Эти изменения структуры неокортекса частично объясняются наличием базальных радиальных глиальных клеток (bRG), — предшественников кортикальных нейронов. При этом, как выяснили исследователи, опубликовавшие работу, синтез белка TKTL1 увеличивает количество bRG-клеток у современных людей в сравнении с неандертальцами. — Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neanderthals.

Эволюция

Геномная история домашних ослов

На обложке последнего выпуска Science не зря размещен осел: эти животные были незаменимы в хозяйстве и культуре человека на протяжении тысячелетий. Однако мы мало что знаем об их происхождении и одомашнивании. С помощью секвенирования исследователям удалось доказать их восточноафриканское происхождение, а затем расхождение линий в результате опустынивания в Африке и Евразии. Одомашнивание этого животного произошло в Африке около 5000 г. до н.э. — The genomic history and global expansion of domestic donkeys.