Nature #543 (7547) + онлайны: гиппокамп для слуха, секрет скорости комаров, судьба раковых стволовых клеток

• Клеточная биология, рак. Как пространственно организовано образование будущих клеток крови в красном костном мозге? На этот вопрос позволило ответить слежение за судьбой предшественников макрофагов и гранулоцитов (granulocyte/macrophage progenitor, GMP) у мышей. В «спокойном» состоянии они равномерно распределены по красному костному мозгу, а когда требуется быстро создать много макрофагов и гранулоцитов, GMP собираются в кластеры. Также удалось установить, какие сигнальные молекулы направляют дифференцировку GMP в то или иное русло. Эта информация поможет выявить причины лейкемий. — Myeloid progenitor cluster formation drives emergency and leukaemic myelopoiesis.
• Биология развития, молекулярка. Техника определения конформации хромосом HiC позволила определить, как меняется организация хроматина при переходе от ооцита к зиготе. В эту работу значительный вклад внесли ученые из России: выпускники МГУ Илья Флямер и Сергей Ульянов, выпускник МФТИ Максим Имакаев. И нашими же соотечественниками возглавляются две из трех лабораторий, в которых выполнялась работа: это лаборатория Сергея Разина в московском Институте биологии гена и лаборатория Леонида Мирного в знаменитом MIT. «Биомолекула» публикует новость по материалам этой статьи. — Single-nucleus Hi-C reveals unique chromatin reorganization at oocyte-to-zygote transition. См. также: «Половая жизнь хроматина».
• Молекулярка, генетика. Мобильные элементы в геноме человека, хоть и считаются «эгоистичными» подобного вирусам, выполняют важные функции не только для себя. Они регулируют экспрессию определённых генов и принимают участие в эволюции генома. В частности, мобильные повторяющиеся элементы Alu, у человека занимающие до 10% ДНК, повышают частоту мутаций рядом с собой и таким образом провоцируют нестабильность генома. Спасение от Alu — ядерная HYR-геликаза DHX9. Подавление её функций приводит к повышению степени нестабильности генома, а она, в свою очередь, является результатом вторжения новых Alu в ДНК. — DHX9 suppresses RNA processing defects originating from the Alu invasion of the human genome. См. также: «Alu: история одной последовательности».
• Молекулярка, микробиология. Как известно, изначально CRISPR-Cas — это аналог системы адаптивного иммунитета у прокариот. Иными словами, эта система защищает бактерии от вторжения вирусов. Она вставляет куски генома бактериофагов — спейсеры — в ДНК бактерий. На пример золотистого стафилококка и бактериофага φ12 учёные выяснили, когда образуются новые спейсеры. Это происходит практически сразу же после поступления генетического материала фага в клетку, а не тогда, когда уже образуются новые вирусные частицы. Также показано, куда именно спейсеры сначала «предпочитают» вставляться. — CRISPR—Cas systems exploit viral DNA injection to establish and maintain adaptive immunity. См. также: «CRISPR-системы: иммунизация прокариот», «CRISPR-эпопея и ее герои».
• Нейробиология. При долговременной потенциации (одна из форм синаптической пластичности) на мембране постсинаптического нейрона увеличивается число AMPA-рецепторов к нейромедиатору глутамату. Было известно, что за такой эффект отвечает повышение концентрации ионов кальция в постсинаптической клетке. Однако звенья «логической цепи» между повышением концентрации ионов кальция и увеличением числа AMPA-рецепторов были не вполне известны. Теперь выяснили, что «подогнать» глутаматные рецепторы к постсинаптической мембране помогает белок синаптотагмин, участвующий также в образовании синаптических пузырьков — везикул. — Postsynaptic synaptotagmins mediate AMPA receptor exocytosis during LTP. См. также: «Как происходит выделение нейромедиатора».
• Эволюция, методы. Как по структуре популяции предсказать, какие признаки составляющих её индивидов будут особенно интенсивно подвергаться действию эволюции? Авторы статьи в Nature представили математический алгоритм, способный по небольшим изменениям графика структуры популяции «понимать», как изменится в ней направление отбора по тому или иному признаку. Бонус: модель выявила, про при крепких парных связях между индивидами почти в каждой популяции эффективнее применять кооперацию, чем конкуренцию. — Evolutionary dynamics on any population structure.
• Биомеханика, энтомология. Комары такие неуловимые, потому что они быстро летают. Ну а скорость полёта им обеспечивают необычно длинные и тонкие крылья, которыми те машут очень неамплитудно, зато крайне часто — по 800 раз в секунду. Такое движение крыльев создаёт воздушные воронки нескольких типов. Некоторые из них встречаются только у комаров и, что самое интересное, не зависят от частоты махов крыльями. — Smart wing rotation and trailing-edge vortices enable high frequency mosquito flight, Biomechanics: The aerodynamics buzz from mosquitoes. См. также: «Моделирование помогает стрекозам охотиться».
• Клеточная биология, рак. Развитие опухолей прямой кишки напрямую зависит от того, как «чувствуют себя» их стволовые клетки, Lgr5⁺. Если их популяцию удалить, то и опухоль, и метастазы, если они уже появились, прекратят свой рост. Если обратить уничтожение популяции Lgr5⁺-клеток, опухоли опять начинают расти. Важно ещё отметить, что при избавлении от Lgr5⁺ опухоли не уменьшаются в размерах: их поддерживают Lgr5^--клетки. — Visualization and targeting of LGR5⁺ human colon cancer stem cells, A distinct role for Lgr5⁺ stem cells in primary and metastatic colon cancer, Cancer: Tumour stem-cell surprises.
• Нейробиология. В клетках гиппокампа закодирована не только пространственная, но и слуховая информация! Самое интересное, что её частично кодируют всё те же «клетки места». Это что-то да говорит об устройстве сознания. — Mapping of a non-spatial dimension by the hippocampal—entorhinal circuit, Neuroscience: Auditory landscape on the cognitive map. См. также: «GPS в нашем мозге: Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014».

Science #355 (6322) + онлайны: связь между спокойствием и дыханием, борьба с трипаносомами, происхождение фотосистемы цианобактерий

• Вирусология, иммунология, медицина. Стало понятно, как повышается патогенность вируса, вызывающего лихорадку Зика. Это происходит за счёт активации Fcγ-рецепторов, связывающихся с антителами, соединёнными с заражёнными клетками. Активация происходит за счёт иммуноглобулина G. По крайней мере, таков механизм in vitro. При этом противовирусные белки не делают возбудителю инфекции плохо, но облегчают вход его частиц в клетку. Раньше считалось, что антителозависимое усиление инфекции (так по-русски называется описанное явление) характерно только для вирусов лихорадки денге и лихорадки Западного Нила. — Enhancement of Zika virus pathogenesis by preexisting antiflavivirus immunity. См. также: «Вирус Зика — глобальная угроза?»
• Биомедицина, экономика. Нужны ли биомедицинским исследованиям государственные капиталовложения? Помогают ли они регистрировать больше патентов в этой области? Данные по грантам, выданным Национальными институтами здравоохранения (государственной организацией) за последние 27 лет, показывают, что эти деньги в пересчёте на патенты были одинаково полезны и для прикладных, и для фундаментальных исследований. Иными словами, результаты, полученные за счёт государственных вливаний, одинаково часто цитировались в патентах независимо от их изначальной направленности. — The applied value of public investments in biomedical research.
• Нейробиология. На примере мышей показали, что совет «дышите глубже» действительно помогает успокоиться. За это отвечает группа нейронов в пребётцингеровском комплексе, связанном с дыханием. Клетки в составе этой группы образуют связи с мозговыми центрами, руководящими вниманием и тревожностью. Если уничтожить нейроны описанной группы в пребётцингеровском комплексе, дыхание не нарушается, зато животные становятся необычно спокойными. — Breathing control center neurons that promote arousal in mice, Breathing to inspire and arouse.
• Паразитология, физиология. Появился новый перспективный способ борьбы с трипаносомами — возбудителями сонной болезни. В их клетках гликолитические ферменты транспортируются в специальных органеллах — гликосомах. По сути, это производные пероксисом. Небольшая молекула, разработанная учёными, нарушает взаимодействие между двумя белками — PEX5 и PEX14, обеспечивающими появление пероксисом. Это ломает обмен веществ в теле трипаносомы и приводит к гибели паразита. Такой способ борьбы с трипаносомами показал себя эффективным на мышах. — Inhibitors of PEX14 disrupt protein import into glycosomes and kill Trypanosoma parasites.
• Иммунология, молекулярка, старение. Вероятно, иммунитет слабеет с возрастом из-за того, что со временем экспрессия генов в ответ на активацию антигенами в отдельных CD4+ T-клетках становится всё более неодинаковой. Это снижает эффективность иммунного ответа. По крайней мере, такой вывод можно сделать на основе результатов экспериментов на старых и молодых мышах. — Aging increases cell-to-cell transcriptional variability upon immune stimulation.
• Эволюция, физиология растений. Исследование геномов цианобактерий и близких им микроорганизмов показало, что аэробное дыхание, скорее всего, возникало несколько раз, а фотосинтетическая система цианобактерий стала такой, какая она есть, за счёт горизонтального переноса генов и слияния двух других фотосистем. — On the origins of oxygenic photosynthesis and aerobic respiration in Cyanobacteria.
• Геномика, рак. Секвенирование РНК единичных клеток показывает, что клетки глиомы (опухоли мозга), несущие мутантные копии гена IDH, относятся к одному из двух типов. То, каким этот тип будет, зависит от микроокружения опухолевой клетки и от содержащихся в ней самой генов. — Decoupling genetics, lineages, and microenvironment in IDH-mutant gliomas by single-cell RNA-seq. См. также: «Опухолевые разговоры, или Роль микроокружения в развитии рака».
• Эпигенетика, биология развития. Клетки нервного гребня, структуры зародыша позвоночных на достаточно ранних этапах его развития, дают начало самым различным структурам головы (и не только её), хотя сами они очень близки друг другу. Это возможно за счёт того, что состояние хроматина в каждой такой клетке немного отличается, притом оно предопределено заранее. Доступность гомеобоксных генов регулируется белками группы Polycomb, и здесь речь идёт именно об их расположении на ДНК. Окончательные программы развития клеток включаются не в нервном гребне, а когда предшественницы тех или иных структур выходят из него и оказываются рядом с конечными точками назначения. — Gene bivalency at Polycomb domains regulates cranial neural crest positional identity.