Nature #595 (7869) (на самом деле, только онлайны): древнейшее животное, поиск мутагенов, управление генной терапией и много убиквитина

• Генная терапия. Ученые сфокусированы на разработке систем адресной доставки терапевтического гена к клеткам, страдающим из-за его поломки, но часто упускают из внимания то, как нужно будет контролировать его работу. А в новой статье предлагается переключатель, который будет запускать и останавливать работу встроенного гена практически по воле врачей. Разработчики этого переключателя воспользовались альтернативным сплайсингом — перестройками последовательности пре-мРНК, происходящими после ее считывания с ДНК. Эти перестройки меняют состав итоговой мРНК, по которой будет синтезироваться белок уже другого строения, возможно, даже нерабочий его вариант. Ученые предлагают менять состав мРНК на код нужного белка во время альтернативного сплайсинга с помощью препарата, который уже выполняет эту задачу при лечении людей со СМА и принимается перорально. По идее разработчиков переключателя, состав мРНК должен меняться за 24 часа в ответ на один прием этого препарата: значит, нужный белок будет работать около недели, в зависимости от длительности своей жизни. Проверив конструкцию, исследователи убедились, что она работает, причем работает воспроизводимо: эффект от следующих доз препарата оказался таким же сильным. И количество нужного белка увеличивалось строго с увеличением дозы препарата. Они тестировали свой переключатель с разными генами и нацеливая его на разные клетки — каждый раз все выходило удачно. Поэтому авторы назвали его универсальным. — Regulated control of gene therapies by drug-induced splicing, «Биомолекула»: спецпроект «Генная и клеточная терапии».
• Онкология. Опухоли с их мутациями проходят через ускоренную «эволюцию», но для 90% из них до сих пор непонятно, какие поломки влекут за собой все остальные мутации, а какие не приносят вреда. Модели и экспериментальные поиски дают слишком примитивные и универсальные ответы, как будто все мутации возникают в одинаковом контексте. Однако при разных типах рака, внешних факторах и других условиях мутации в опухолях развиваются по-разному. Машинное обучение на основе реальных мутаций, обнаруженных в опухолях 28 тысяч пациентов, позволило авторам статьи создать качественную модель, благодаря которой можно легко находить реальные мутации-драйверы. «Мафии» станет еще сложнее скрываться, когда ученые со всего мира начнут загружать в модель свои данные. Тогда можно будет сделать реалистичную, а не бинарную, классификацию мутаций, и врачи смогут узнать куда больше об опухолях своих пациентов, чем раньше, просто загрузив их в базу. — In silico saturation mutagenesis of cancer genes, «Биомолекула»: «Путь клетки „из греков в варяги“. Малигнизация: причины и следствия».
• Палеонтология, эволюция. Канадская исследовательница Элизабет Тернер внимательно изучила собранные ею образцы древних микробных рифов и обнаружила там узоры, очень похожие на окаменелости губок — древних животных, которые живут за счет фильтрации воды через свой организм. Такие узоры могли появиться из-за кристаллизации трубок губок, выросших когда-то в тех образцах. Делает наблюдение интересным то, что самые древние известные науке останки ископаемых животных имеют возраст 541 млн лет, а образцам Тернер — 890 млн лет. Многие коллеги Элизабет требуют исключить все иные варианты причин появления таких узоров (например, рост бактерий, водорослей), но биомолекулы, по которым можно было бы понять природу образований, не способны сохраниться в таких древних образцах. Зато ее объяснение не выглядит невероятным, потому что, согласно молекулярным данным, животные отделились от всех остальных живых существ сильно раньше 541 млн лет назад. Однако метод молекулярных часов может ошибаться: нужны очень тщательные исследования процесса «окаменевания» губок, чтобы уверенно говорить о природе узоров, найденных Элизабет Тернер. Но если ее гипотеза подтвердится, это будет означать, что такие древнейшие животные пережили период с очень низким уровнем кислорода, ютясь в полостях микробных рифов рядом с выделяющими кислород цианобактериями и питаясь за их счет. Более того — они выдержали период почти полного оледенения поверхности Земли. — Possible poriferan body fossils in early Neoproterozoic microbial reefs, Sponge-like fossil could be Earth’s earliest known animal.
• Долгожительство, микробиология. Долгожителей изучают давно, но на этот раз исследователям удалось обнаружить что-то новенькое. В кишечнике японских долгожителей нашли бактерий, которые модифицируют желчные кислоты человека в уникальные вторичные желчные кислоты. Часть этих соединений проявляет сильный антимикробный эффект, в том числе против патогенов с множественной лекарственной устойчивостью — их считают головной болью современного здравоохранения. Ученые подробно рассмотрели бактерий под микроскопом, изучили их метаболиты и, надеюсь, так же сильно, как и мы, хотят начать их «подсаживание» разным невинным людям. — Novel bile acid biosynthetic pathways are enriched in the microbiome of centenarians, «Биомолекула»: «Микробы из глубинки. Стоит ли нам трансплантировать себе фекалии дикарей, чтобы вернуть былое здоровье».
• Старение, молекулярка. Исследовав белки нематоды Caenorhabditis elegans, ученые выяснили, как метки белков молекулами убиквитина связаны со старением и продолжительностью жизни. Оказалось, что в процессе старения нематод (на 10-15 днях жизни) со многих белков убираются убиквитиновые метки. Это спасает белки от утилизации, потому что переваривающая их протеасома распознает свои мишени по меткам убиквитина. Ученые попробовали подстегнуть уничтожение белков, которые со старением ускользали от него, и в результате добавили беспечных дней части нематод . Судя по этому и другим экспериментам авторов статьи, продление жизни отработавших белков сокращает продолжительность жизни червя. Среди накапливающихся с приходом старости белков встречается как IFB-2 — промежуточный филамент, из-за увеличения уровня которого нарушается структура кишечника, так и EPS-8, из-за увеличения уровня которого перестраивается актиновый цитоскелет клетки и внутриклеточная сигнализация, связанная со стрессом. — Rewiring of the ubiquitinated proteome determines ageing in C. elegans, «Биомолекула»: «Ускорить и замедлить время для червя».
• Молекулярка, репарация ДНК, эпигенетика. Когда рвутся сразу две комплементарных цепи ДНК, становится невозможным восстановить одну последовательность, достроив ее по второй. В такой ситуации остается наудачу сшить разорванные части — такое негомологичное соединение концов чревато ошибками, которые запустят развитие опухоли. Но если молекула ДНК удвоилась до поломки, можно синтезировать поврежденный участок заново, копируя последовательность с сестринской ДНК — такая гомологичная рекомбинация является довольно точной. Вариант репарации зависит от состояния гистона H4 — одного из белков, вокруг которых обернута ДНК. Если ДНК удвоилась до поломки, то с ней связались новые H4; при обнаружении в месте поломки свежего H4 белковый комплекс BRCA1-BARD1 запускает гомологичную рекомбинацию. Если гистон H4 работает давно, то он модифицирован метилированием (по 20 остатку лизина); на метилированный H4 в месте поломки откликается белок 53BP1, запуская негомологичную сшивку концов. Но как эти конкурирующие белки привлекаются к месту поломки? Известно только, что 53BP1 воспринимает модификацию другого гистона H2A убиквитином (по 15 остатку лизина), возникающую после двуцепочечного разрыва. Теперь, спустя 12 лет после публикаций о конкуренте, нашли рецептор убиквитинированного H2A и у BRCA1-BARD1. Раньше казалось, что этот участок белка выполняет совсем другую работу. В процессе экспериментов с клетками риса (Oryza sativa) также уточнили, что связавшийся с гистонами в месте повреждения BRCA1-BARD1 ингибирует 53BP1. Можно сказать, что гомологичная рекомбинация, когда она возможна, в приоритете. — BARD1 reads H2A lysine 15 ubiquitination to direct homologous recombination.
• Структурка, репарация ДНК, рак. Продолжение темы. Исследование структуры человеческих белков BRCA1-BARD1 и 53BP1 подтвердило все выводы коллег и добавило интересных деталей. Обнаружилось, что BRCA1-BARD1 при связывании с гистонами останавливает навешивание дополнительных молекул убиквитина на привлекшее его место, при этом стимулируя убиквитинирование другого конца того же гистона H2A. Разбирать работу этих белков во всех подробностях важно, потому что работа BRCA1-BARD1 в итоге направлена против опухолей. Мутации, из-за которых меняется состав этого комплекса, уже давно связывают с потомственными раком груди, раком яичников — и не только. Теперь можно будет судить о значении мутаций, возникающих в участках, которые влияют на убиквитинирование, и тоже в изученном регионе, от структуры которого зависит объединение двух белков в комплекс BRCA1-BARD1. — Mechanisms of BRCA1–BARD1 nucleosome recognition and ubiquitylation.

Science #373 (6554) + онлайны: неработающие лекарства от COVID-19, выпотевание жира, омоложение организма через сосуды, войны вирусов со своими жертвами и конкурентами

• Сахарный диабет. У детей с сахарным диабетом 1 типа иммунная система начинает уничтожать бета-клетки поджелудочной железы, которые производят инсулин — а без этого гормона нарушается углеводный обмен, обеспечивающий организм энергией. 100 лет назад эта болезнь перестала быть приговором — инъекции инсулина, который научились выделять и затем производить, стали спасать жизни миллионов людей. Но прошедший век подарил нам еще много открытий; сейчас пришло время более продвинутых технологий. Ученые разработали иммунотерапию, которая помогает бета-клеткам. И теперь иссследователи предлагают: вместо того, чтобы назначать человеку иммунотерапию уже после диагноза (когда синтез инсулина уже пострадал), можно начинать защищать бета-клетки детей до начала болезни. Ведь их заболевание врожденное: используя генетические тесты, можно узнать заранее, кому потребуется помощь. — Immunotherapy: Building a bridge to a cure for type 1 diabetes, Preventing type 1 diabetes in childhood, «Биомолекула»: «Сахарный диабет I типа, или Охота на поджелудочную железу».
• Ожирение, иммунка. Иммунная система способна влиять на жировую ткань, и это свойство попробовали использовать для борьбы с ожирением. Тимусный стромальный лимфопоэтин (TSLP) выделяется клетками эпителия и активирует работу иммунных клеток, которые стимулируют выход липидов из жировых клеток. Оказалось, что повышение количества TSLP вызывает потерю белой жировой ткани. TSLP проверялся на группах мышей, заполучивших ожирение по очень разным причинам (из-за плохой диеты, генетических факторов, инсулинорезистентности или нарушений работы печени), и работал для всех. Как оказалась, это похудение было вызвано выделением липидов в составе кожного сала. Исследователи поняли это, заметив, что шерсть подопытных мышей стала жирной. Проверив гипотезу, ученые убедились в том, что липиды теряются через сальные железы, конкретно — с себоцитами: это клетки, которые разрушаются, выпуская наружу частицы кожного сала. Себоциты начинают обновляться быстрее из-за действия TSLP, опосредованного иммунными клетками. Дело в том, что кожное сало, содержащее бактерицидные жирные кислоты и антимикробные пептиды — важный барьер организма. Поэтому секреция кожного сала действительно регулируется иммунными клетками, которые активизирует TSLP. И если этот способ лечения ожирения окажется безопасным и работающим для людей (а до этого очень далеко), то, используя такой метод, можно будет сбрасывать до 0,5 кг в неделю. — Thymic stromal lymphopoietin induces adipose loss through sebum hypersecretion.
• Старение. Сосуды проникают повсюду. Что, если их старение влияет на увядание всего организма? Исследователи проверили эту гипотезу, повлияв на возрастное изменение фактора роста эндотелия сосудов VEGF — он стимулирует развитие сосудов там, где их не хватает, но в старости «ломается» — в результате ухудшается кровоснабжение . Оказалось, что проведенное учеными «омоложение» сосудов даже в маленьких дозах замедляет воспаление и старение клеток сосудов, нарушения работы митохондрий и обмена веществ, характерные для старения. Когда же авторы статьи изменили VEGF молодых подопытных мышей, то, наоборот, ускорили их старение. Выяснилось, что на уровне всего организма поддержка нормальной работы VEGF замедляет накопление абдоминального жира, развитие жировой болезни печени, снижение мышечной и костной масс, спонтанное развитие опухолей, в целом продлевает жизнь вместе с ее здоровым периодом (у самцов на 48%, у самок — на 39%). Судя по тому, как сильно влияет старение сосудов на весь организм, стоит обратить на него особое внимание. — Counteracting age-related VEGF signaling insufficiency promotes healthy aging and extends life span.
• Бактериофаги, резистентность к антибиотикам. Бактерии защищаются от собственных вирусов (бактериофагов) всё новыми и новыми способами. Фаги не отстают и «учатся» нейтрализовать оборону хозяев. Теперь выяснилось, что системы защиты холерных вибрионов от своих фагов находятся у этих бактерий в интегративных конъюгативных элементах (ICEs), которые сами управляют своим встраиванием в бактериальные хромосомы и переносом в другие бактерии во время конъюгации. А по соседству с системой противофаговой обороны, в этих же ICEs, находятся гены резистентности к антибиотикам. Когда фаги атакуют, бактерии начинают особенно активно обмениваться друг с другом ICEs; тогда распространяется и антибиотикорезистентность. Поэтому исследователи советуют быть аккуратнее с разработкой фаговой терапии: бактерии отлично защищаются от новых фагов, и к тому же такая терапия может усилить антибиотикорезистентность у бактерий одного пациента и передать ее другим людям. — Temporal shifts in antibiotic resistance elements govern phage-pathogen conflicts, «Биомолекула»: «Бактериоцины — ноухау биомедицины».
• Паразитизм, горизонтальный перенос генов. Осы паразитоиды откладывают свои яйца в тела перепончатокрылых насекомых. И, как оказалось, жертвы сопротивляются захватчикам, вступая в союз со своими вирусами — они делятся оружием друг с другом. Авторы обнаружили у перепончатокрылых гены pkf (parasitoid killing factor), токсичных для одной группы их паразитоидов. Сравнив эти гены и их устройство между разными видами, ученые поняли, что они могли быть позаимствованы у вирусов, заражающих насекомых. А еще то, что одни виды перепончатокрылых получают гены pkf от других благодаря горизонтальному переносу генов через вирусы. Получается, что заражение перепончатокрылого насекомого вирусом с направленными против паразитоидов pkf очень выгодно хозяину, а вирусу помогает распространяться и выигрывать паразитоидов в гонке за ресурсы. — Horizontally transmitted parasitoid killing factor shapes insect defense to parasitoids.
• Лекарства от COVID-19. Проверка препаратов, перепрофилированных для лечения COVID-19, показала: большинство из них за стенками пробирок не способны бороться с коронавирусной инфекцией. Когда их тестировали на культурах клеток, препараты просто вызывали фосфолипидоз. В процессе фосфолипидоза коронавирус лишается фосфолипидов, из которых состоит его внешняя мембрана — это останавливает воспроизводство вирусных частиц. Но при тестировании на живых организмах такие препараты совсем не помогали. Возможно, побочный эффект тестируемых препаратов в виде фосфолипидоза был бы способен помочь при повышении дозы некоторых перепрофилированных препаратов, но это невозможно из-за кардиотоксичности, возникающей в подобных условиях. Миллиарды долларов были потрачены на безрезультатные клинические исследования, а ученые дешево и легко показали, что это было опрометчиво с самого начала. — Drug-induced phospholipidosis confounds drug repurposing for SARS-CoV-2.
• Молекулярка. Ядрышко — это часть ядра клетки, где синтезируется рибосомная РНК (рРНК затем синтезирует белки). Это важное место отделено от остального ядерного пространства без использования мембран. Более того, само ядрышко имеет разные зоны, окружающие его центры — там лежат участки ДНК с кодирующими рРНК генами. И очень важным регулятором структуры и работы ядрышек оказываются молекулы длинных некодирующих РНК (днРНК). В новой статье подробно раскрывается работа как человеческой днРНК — SLERT, так и работающего вместе с ней фермента DDX21 — участника синтеза рРНК. Оказалось, DDX21 может находиться в двух состояниях, одно из которых мешает производству рРНК, перекрывая доступ к ДНК с кодирующими ее генами, а другое, наоборот, стимулирует синтез рРНК. Это переключает его между этими состояниями SLERT; ДНК же и связанные с ней регуляторные белки на это никак не влияют. Учитывая, что структура и работа ядрышек, изменяясь из-за стресса, старения и рака, влияет на производство белка, важно изучать перестраивающие ядрышки днРНК. — lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription.