Биохимия

У минуса тоже есть свои плюсы

Рецепторы хемокинов относятся к семейству рецепторов, сопряженных с G-белками (GPCR). Большая часть из них активируется хемокинами и запускает внутриклеточные процессы, опосредующие миграцию клеток, что особенно важно при воспалительных и иммунных реакциях. Однако среди этих рецепторов есть также атипичные изоформы (ACKR), которые служат не для передачи сигнала, а просто для связывания избытка молекул хемокинов. В результате обычным рецепторам достается меньше хемокинов, что служит элементом регуляции хемокинового сигнала. Но на способность связывать хемокины влияет не только природа рецепторов. Немаловажную роль также играет липидное окружение, то есть конкретные виды фосфолипидов, которые находятся вокруг молекулы рецептора. Эберле и Густавссон (Eberle & Gustavsson) исследовали влияние различных видов фосфолипидов на способность хемокинов CXCL11 и CXCL12 связываться с рецептором ACKR3. Авторы подготовили нанодиски, содержащие различные фосфолипиды, что позволило сформировать мембраны с разным зарядом на поверхности: от нейтрального до отрицательного. Исследователи показали, что присутствие отрицательно заряженных липидов в окружении рецепторов ACKR3 приводит к лучшему связыванию с хемокином CXCL12. Оба хемокина CXCL11 и CXCL12 имеют положительный заряд, однако для CXCL11 не было показано усиления связывания с рецептором, что связано с особенностями его конформации. Таким образом, связывание положительно заряженного CXCL12 с рецептором ACKR3 усиливается в отрицательно заряженном липидном бислое, что дает нам больше понимания о роли липидного окружения в лиганд-рецепторном взаимодействии. — Turning a negative into a positiv, «Биомолекула»: «Аллостерические регуляторы GPCR: ключи от всех замков».

Как помочь киназе гликогенсинтазы связаться с субстратом?

Киназа гликогенсинтазы (GSK-3β) — фермент, который фосфорилирует ряд внутриклеточных белков, опосредуя таким образом передачу регуляторных сигналов в клетке. Мишенями GSK-3β являются фермент гликогенсинтаза, транскрипционный фактор CREB и белок β-катенин, который играет важную роль в регуляции транскрипции генов, регулируемых с помощью Wnt-сигналинга. Для того, чтобы GSK-3β смогла связаться со своими белками-мишениями, необходимо, чтобы совпало как минимум два условия: 1) белки-мишени должны быть фосфорилированы по определенным аминокислотным остаткам (так называемый фосфопрайминг, phosphopriming); 2) для связывания с мишенью киназе GSK-3β помогают специальные скаффолд-белки (scaffold protein), например, белок аксин (axin). Киназа GSK-3β играет роль во многих физиологических и патологических процессах, таких как нейродегенерация, поэтому является важной мишенью для разработки лекарственных препаратов. Команда Enos и соавторов использовали замены аминокислотных остатков в сайте фосфопраймирования мишени GSK-3β белка β-катенина. Несмотря на то, что замены не привели к конформационным изменениям комплекса GSK-3β и β-катенина, тем не менее, реакция между киназой и субстратом шла в 1000 раз медленнее. Кроме того, авторы получили модель более длинного скаффолд-белка аксина, который лучше связывался с GSK-3β, но при этом между белками не было показано новых контактов. Таким образом, авторы заключают, что полученные ими данные демонстрируют существующие ограничения современных методов в способности предсказывать каталитическую активность по структуре молекулы. — Structural and functional effects of phosphopriming and scaffolding in the kinase GSK-3β.

Биотехнологии

Удивительный краситель позволил оценить внутренний мир мышей

Исследователи обнаружили краситель, который позволяет сделать прозрачными ткани и увидеть сосуды и внутренние органы, избегая применение инвазивных методов. Данный подход основан на способности красителя менять преломление света. Ткани кажутся непрозрачными, потому что жидкости организма имеют низкий показатель преломления, тогда как жиры и белки — высокий. Краситель, использованный учеными, способен поглощать большое количество света, снижая разницу между показателями преломления белков и жиров и жидкостей. Исследователи изучали свойства многих красителей, но их выбор пал на вещество тартразин, который широко используется как пищевой краситель. Первые эксперименты авторы исследования проводили на куриной грудке, а затем переключились на мышей. Втирая краситель, растворенный в воде, в разные части тела мыши, ученым удалось различить крошечные сосуды головы, мельчайшие изменения перистальтики кишечника и различить мышечные волокна под кожей. Большим плюсом данного метода является обратимость воздействия красителя и безопасность для живого организма. Авторы надеются, что разработанный ими метод найдет широкое применение на животных моделях заболеваний нервной системы и нейродегенераций. — Transparent mice made with light-absorbing dye reveal organs at work, «Биомолекула»: «Структурная окраска в живой природе».

Нейробиология

Золотые наночастицы помогли изучить транспорт белков в спинномозговой жидкости

Спинномозговая жидкость (СЖ) играет важную роль в ходе доставки питательных веществ до самых дальних уголков центральной нервной системы (ЦНС) и удаления из нее продуктов метаболизма. Группа исследователей Ligocki и соавторы использовали золотые наночастицы для того, чтобы оценить «пропускную способность» нервов, идущих из центральных в периферические отделы нервной системы (ПНС). Они использовали микрочастицы размером 1,9 нанометров, что соответствует примерным размерам белков, циркулирующих в СЖ, а также 15-нанометровые частицы. Они вводили золотые наночастицы в боковые желудочки мозга, где происходит выработка СЖ, и наблюдали распространение наночастиц по различным отделам нервной системы. Авторы показали, что 1,9-нанометровые частицы проходят в периферические отделы нервной системы и обнаруживаются в аксоплазме дистальных периферических нервов. При этом 15-нанометровые наночастицы не проходят из ЦНС в ПНС, а скапливаются в виде «красящих манжет». При внутривенном введении 1,9-нанометровых частиц, они не достигают СЖ, что связано с наличием гематоэнцефалического барьера. Авторы считают, что результаты их работы можно использовать при разработке способов доставки лекарственных препаратов в спинномозговую жидкость. — Cerebrospinal fluid flow extends to peripheral nerves further unifying the nervous system.

Чихательные нейроны

Заметка на сайте журнала Nature рассказывает о достижениях ученых, изучающих механизмы кашлевых и чихательных рефлексов. Эти рефлексы имеют важное значение для борьбы с бактериальными и вирусными инфекциями, но могут вызывать большое количество проблем при аллергических реакциях. Различные вещества могут вызывать чихательный рефлекс, задействуя определенные ионные каналы, которые находятся в мембранах нервных клеток. Исследователи протестировали несколько веществ для того, чтобы вызвать чихательный рефлекс у мышей. Им удалось найти соединение ВАМ 8-22, которое вызвало активацию ионного канала MrgprC11, «отключив» который, они получили мышей, не чихающих при простуде, вызванной гриппом. Несмотря на это, у мышей сохранились реакции, напоминающие кашель, и ученым удалось идентифицировать нейроны в трахее, секретирующие соматостатин и ответственные за подобную реакцию. Исследователи предполагают, что две системы нейронов, отвечающих за реакцию на инфекции, появились из-за способности вирусов и бактерий очень быстро эволюционировать — как один из способов организма адаптироваться к новым инфекциям. Далее ученые планируют более подробно изучить передачу сигнала от этих нейронов в кашлевые и дыхательные центры мозга. Кроме того, исследователи хотят узнать, насколько похожи найденные нейроны мыши на аналогичные структуры в нервной системе человека. Они предполагают, что, скорее всего, показанные ими нейроны, вызывающие чихание и кашель, далеко не единственные, и планируют их дальнейший поиск и изучение. — Cough or sneeze? How the brain knows what to unleash.

Этология

Синицы помогли оценить связь когнитивных функций с продолжительностью жизни

На обложке нашего дайджеста сегодня — горная синица (Poecile gambeli), которая украсила собой последний номер журнала Science. Она помогла исследователям Welklin и соавторам доказать связь между когнитивными способностями и продолжительностью жизни. Исследователи использовали особые ловушки, которые автоматически выдавали корм только определенным особям, заставляя их запоминать, у какой конкретно кормушки их ждет вознаграждение. Оценив когнитивные способности, пространственные навыки и продолжительность жизни 277 птиц, ученые установили, что особи с лучшими интеллектуальными способностями совершали меньше ошибок, смогли заготовить больше пищи, а их продолжительность жизни была выше. Подобные результаты являются прямым доказательством, что индивидуальные когнитивные способности влияют на адаптивные возможности животных. — Spatial cognitive ability is associated with longevity in food-caching chickadees.

Экология

Смертельная болезнь летучих мышей помогла оценить связь между биоразнообразием и здоровьем человека

Ученые давно предполагали, что сокращение биоразнообразия и упрощение экосистем приведут к значительным негативным последствиям для благополучия человека. Однако экспериментальные доказательства и количественная оценка данной гипотезы сопряжены с большим количеством трудностей, ведь поставить эксперимент в контролируемых условиях на уровне целой экосистемы достаточно сложно. В работе Eyal G. Frank, опубликованной в журнале Science, ученый представляет результаты наблюдения за естественным экспериментом над популяцией летучих мышей в одном из округов в Соединенных Штатах, которые подвергались влиянию эпидемии с высокой летальностью. Экологи ранее установили, что летучие мыши, питающиеся насекомыми, могут ограничивать популяции вредителей сельскохозяйственных культур. В 2006 году в США начала распространяться болезнь, вызванная грибковой инфекцией, которой были подвержены летучие мыши, а летальность составляла 70%. Болезнь получила название «синдром белого носа». Автор исследования сопоставил годовые данные об изменении численности летучих мышей и обнаружил, что с начала вымирания этих животных использование инсектицидов местными фермерами выросло на 31,1%. Кроме того, за обозначенный период произошло увеличение детской смертности от внутренних причин на 7,9% в пострадавшем округе. Автор исследования полагает, что улучшение нашего понимания того, как изменения в биоразнообразии влияют на благосостояние человека, будет иметь важное значение на этапе принятия экономических и политических решений в области охраны природы. — The economic impacts of ecosystem disruptions: Costs from substituting biological pest control, «Биомолекула»: «Биоразнообразие и молекулярная биология помогут друг другу?».