Нейробиология

Зачем дендритные шипики собираются в кластеры

Обучение вызывает формирование новых возбуждающих синапсов в виде дендритных шипиков, но их функциональное значение остается неизвестным. Новые данные показывают, что формирование шипиков обусловлено потенциацией функционально связанных шипиков, которые активировались во время предшествующего обучения. Кластерная потенциация вызывает локальное разрастание филоподий ближайшего дендрита, который ищет место для синапса, пытаясь с соединиться с уже существующими пресинапсами. Затем по принципу совместной активности рядом расположенных шипиков, связанных с задачей, выбираются успешные синапсы, которые в будущем укрепятся. Это гарантирует, что новый шипик сохранит свою функцию, а возникающая в результате когерентная активность новых шипиков подтверждает, что обучение произошло.

Таким образом, обучение включает в себя связывание новых информационных потоков в функциональные синаптические кластеры для поддержания усвоенного поведения. — Learning binds new inputs into functional synaptic clusters via spinogenesis.

Чем отличается мозг муравьев из разных каст

Клеточные и молекулярные механизмы, которые опосредуют кастово-половую специализацию поведения муравьев, остаются неизученными. В этой работе исследователи охарактеризовали типы клеток головного мозга маток, девственных цариц, рабочих муравьев (самки, которые не дают потомство) и самцов Monomorium pharaonis, изучив 206 367 одноядерных транскриптомов. Большее разнообразие подтипов обнаружили у рабочих муравьев. Мозг самцов оказался специализирован, как и мозг рабочих, но с большим количеством всех подтипов нейронов зрительной доли, в то время как мозг самок и маток оставался более гомогенным, похожим на предковый.

Дифференциация ролей от девственных самок до маток вызывает изменения численности примерно 35% клеточных типов, указывая на активный нейрогенез и (или) запрограммированную гибель клеток во время этого перехода. Долголетие и плодовитость репродуктивной касты оказались связаны с клеточными измениями: увеличение обволакивающей глии и популяции регулируемых дофамином Dh31-экспрессирующих нейронов. — A single-cell transcriptomic atlas tracking the neural basis of division of labour in an ant superorganism, «Биомолекула»: «Трудится, как муравей? Ленится, как муравей!».

Нейролигин-2 и ГАМК рецепторы

Молекула адгезии нейролигин-2 (NL2) в нейронах рекрутирует скаффолдный белок, поддерживающий локализацию рецепторов тормозного нейротрансмиттера ГАМК на поверхности нейрона. Фосфорилирование NL2 нарушает его взаимодействие с каркасным белком и снижает количество рецепторов ГАМК типа А, тем самым уменьшая силу передачи сигналов ГАМК. В культивируемых нейронах крыс фосфорилирование NL2 вызывало рассредоточение NL2 на синаптической поверхности, что уменьшало количество ГАМК-рецепторов и ослабляло торможение. Напротив, ГАМКергическая передача сигналов была усилена в нейронах, экспрессирующих форму NL2, в которой фосфосайт мутировал в аланин. Полученные данные дают представление о неврологических состояниях, в которых задействована измененная активность тормозной цепи. — Phosphorylation of neuroligin-2 by PKA regulates its cell surface abundance and synaptic stabilization, «Биомолекула»: «Спокоен как GABA».

Микробиология

Еще одна роль микробиома (теперь в социальных процессах!)

В последнее время появляется все больше данных о влиянии микробиоты кишечника на работу мозга, однако в основном они выполнены на животных, что осложняет экстраполяцию результатов на людей. В представленном исследовании ученые решили заполнить этот проблем и исследовали на людях взаимосвязь между микробиомом и эмоциональной болью, вызванной социальной изоляцией. У взрослых людей с опытом социальной изоляции и без оценивали психологическое состояние с помощью опросников: шкалы тревоги Бека, шкалы депрессии Бека и шкалы одиночества Калифорнийского университета Лос-Анджелеса. Представленность микроорганизмов кишечника анализировали с помощью секвенирования 16S рРНК и методов биоинформатики. Выяснилось, что социально изолированные взрослые имели более высокий общий балл как по шкале тревоги Бека, так и по уровню физических симптомов, связанных с тревогой. Однако по шкале депрессии Бека и шкале одиночества Калифорнийского университета разница с контрольной группой не была статистически значимой.

В группе людей с социальной изоляцией выявили обогащенность кишечника представителями рода бактерии Prevotella. Предполагается, что подобный энтеротип характерен для людей с более сильной реакцией лимбической системы на эмоциональные стимулы. Значительно сниженное соотношение бактерий Firmicutes/Bacteroidetes и снижение численности Faecalibacterium spp. коррелировало с продолжительностью и интенсивностью изоляции. Согласно предыдущему исследованию, между численностью бактерий Faecalibacterium spp. и симптомами депрессии есть негативная корреляция: пациенты с депрессивным расстройством имеют пониженный уровень этих бактерий по сравнению с контрольной группой. Также было показано, что Faecalibacterium spp. являются кишечными бактериями, продуцирующими бутират, который подавляет воспаление кишечника и влияет на настроение и поведение через ось «кишечник-мозг». Считается, что психологические факторы имеют непосредственное отношение к стимуляции провоспалительных процессов, которые в конечном итоге приводят к функциональным нарушениям в желудочно-кишечном тракте.

Авторы предполагают, что методы лечения, нацеленные на микробиоту, связанную с социальной изоляцией, могут использоваться в качестве нового подхода для облегчения психических страданий, вызыванных социальной изоляцией. — Experiencing social exclusion changes gut microbiota composition, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас», «Зоопарк в моем животе».

Биохимия

Почему после интенсивных тренировок есть хочется меньше

В новой статье описали метаболит Lac-Phe (конъюгат лактата и фенилаланина) у мышей, который выделяется во время усиленных тренировок и который впоследствии подавляет аппетит. Десятидневные инъекции Lac-Phe мышам, употребляющим высокожировую пищу, сокращали потребление еды, снижали вес и улучшали всасывание глюкозы в кровь, по сравнению с мышами на низкожировой диете.

Lac-Phe вырабатывается ферментом CNDP2, чье количество зависит от доступности лактата. Это подчеркивает следующее: Lac-Phe вырабатывается именно при упражнениях. Мыши с ожирением, но генетически модифицированные таким образом, что у них отсутствовал CNDP2, показывали увеличенный аппетит после тренировок, а также набор массы. Это подтверждает специальную роль Lac-Phe в снижении потребления пищи после тренировок.

Взгляд с эволюционной точки зрения предлагает следующее объяснение: интенсивные нагрузки зачастую являются маркером стресса, ситуации, угрожающей жизни, а в таком случае нельзя отвлекаться (даже на такое важное дело, как пополнение энергетических запасов!). — Exercise molecule burns away hunger, «Биомолекула»: «В ооцитах мышей с ожирением нарушается работа митохондрий».

Онкология

Что происходит с опухолевыми клетками по ночам

Рак наиболее смертоносен, когда опухолевые клетки проникают в кровоток и перемещаются в новое место организма — это процесс, называемый метастазированием. Новое исследование показывает, что у людей с раком молочной железы эти циркулирующие опухолевые клетки, или ЦОК, чаще попадают в кровь ночью, чем днем.

Почти 80% ЦОК обнаружили в образцах крови, собранных в 4 утра — по сравнению с образцами, собранными в 10 утра. «Я был удивлен, так как предшествующая догма состоит в том, что опухоли посылают циркулирующие клетки в кровь все время», — говорит соавтор статьи Никола Ацето, биолог-онколог из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.

Для проверки своей гипотезы исследователи пересадили опухоли рака молочной железы мышам и в течение дня проверяла уровень ЦОК. По сравнению с людьми, у мышей инвертированный циркадный ритм, а это означает, что они наиболее активны ночью, а днем восстанавливают силы. Команда обнаружила, что уровни ЦОК у животных достигали пика в течение дня, когда животные отдыхали.

Хронобиолог Цин-Джун Мэн предостергает от мыслей о том, что спать не нужно. «Это просто означает, что эти клетки предпочитают определенную фазу 24-часового цикла, чтобы попасть в кровоток». Авторы выражают надежду, что в будущем это исследование может привести к более совершенным способам отслеживания развития рака. — These cancer cells wake up when people sleep, «Биомолекула»: «Снова о циркадных ритмах», «Найдена связь между обменом веществ и циркадным ритмом».

Общая этиология гормоночувствительных видов рака

Связанные с гормонами виды рака (молочной железы, простаты, яичников, матки и щитовидной железы) — наиболее распространенные виды рака во всем мире. Исследователи предполагают, что гормоночувствительные виды рака имеют общие генетические факторы риска, которые редко рассматривались в геномных исследованиях локализованных видов рака. Рассмотрение гормоночувствительных видов рака как единого заболевания показывает их общую генетическую этиологию.

Значительная доля вариабельности в предрасположенности к заболеванию объясняется полногеномными однонуклеотидными полиморфизмами (SNP), то есть наследуемость на основе SNP по шкале предрасположенности оценивается как 10,06% (SE 0,70%). Более того, используя полногеномное ассоциативное исследование, ученые обнаружили 55 однонуклеотидных замен, связанных с этим заболеванием.

Исследователи считают, что наследуемые генетические факторы могут оказаться ключевыми для развития гормоночувствительных видов рака. — Considering hormone-sensitive cancers as a single disease in the UK biobank reveals shared aetiology.

Эволюция

Эволюционная история хроматина

В данной работе объединены сравнительный протеомный и геномный анализ хроматина у эукариот и архей. Протеомика обнаруживает существование посттрансляционных модификаций гистонов у архей. Однако в сравнении с эукариотами, эти модификации немногочисленны. Филогенетический анализ показывает, что связанные с хроматином каталитические функции (например, метилтрансферазы) имеют доэукариотическое происхождение, тогда как белки, распознающие гистоновые модификации и шапероны, являются эукариотическими инновациями. Исследование показывает подробную эволюционную историю эукариотического хроматина: от его архейных корней через появление нуклеосомной регуляции у эукариотического предка до диверсификации регуляторов хроматина. — A phylogenetic and proteomic reconstruction of eukaryotic chromatin evolution, «Биомолекула»: «Хроматин — сенсор повреждений ДНК».

Геронтология

Кто стареет медленнее?

Сравнительные исследования смертности в дикой природе необходимы для понимания эволюции старения; тем не менее, экзотермические четвероногие недостаточно изучены в этом контексте. Данное исследование, для которого были проанализированы данные 77 видов нептичьих рептилий и амфибий, посвящено скорости старения и продолжительности жизни диких эктотермных четвероногих.

Сравнивая эндотермических животных с эктотермическими, исследовательская группа обнаружила большее разнообразие темпов старения у последних, а также то, что они стареют в меньшей степени. Это позволяет предположить, что скорость старения ниже у видов, ведущих неторопливый образ жизни. Кроме того, данные свидетельствуют о том, что животные с защитными фенотипами, такими как броня, яд, панцирь и шипы, стареют медленнее. — Diverse aging rates in ectothermic tetrapods provide insights for the evolution of aging and longevity, «Биомолекула»: «Почему мы стареем?».

Климат

Адаптация фитопланктона

Фитопланктон, разнообразная группа мелких фотосинтезирующих водорослей, населяющих освещенную солнцем область у поверхности океана, образует основу морских трофических сетей. Кумулятивные выбросы парниковых газов вызывают повышение температуры океана, закисление и потерю кислорода с возрастающей скоростью. Группа исследователей показывает, что физиологическая адаптация фитопланктона к потеплению приводит к снижению его пищевой ценности с негативными последствиями для морских экосистем. — Phytoplankton response to a warming ocean.

SARS-CoV-2

Омикроновые пики

Используя данные исследования REACT (Real-time Assessment of Community Transmission-1), в котором приняли участие более 100 000 человек, исследователи показывают, как омикронный вариант BA.2 вытеснил своего предшественника BA.1 в марте 2022 г. Распространенность в течение марта превысила 6% и была самой высокой среди старшей возрастной группы (от 65 до 74 лет и в возрасте 75 лет и старше) и семей с детьми. Это привело к самой высокой заболеваемости, наблюдаемой на сегодняшний день во время пандемии, и к увеличению числа госпитализаций, но на гораздо более низком уровне, чем в предыдущие волны, из-за высокого уровня вакцинации. — Twin peaks: The Omicron SARS-CoV-2 BA.1 and BA.2 epidemics in England.