Партнер публикации дайджеста — компания QIAGEN (Германия), мировой лидер по разработке реагентов и оборудования для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области молекулярной биологии.

Nature #588 (7836) + онлайны: «перезапуск» нейронов сетчатки, первый вдох и структура миозина

• Нейробиология, медицина. Регенерация нейронов с возрастом ухудшается из-за нарушения метилирования ДНК, что нарушает экспрессию генов. Ученым удалось обратить этот процесс вспять, восстановив зрение у мышей. Для этого использовали модифицированные вирусы, которые активируют экспрессию факторов Яманаки (Yamanaka factors) — белков, которые участвуют в развитии сигнальной системы в стволовых клетках эмбриона, в частности, отвечают за «детский» узора метилирования. В результате эксперимента удалось восстановить поврежденные нейроны сетчатки. Интересно, что аналогичная возможность для восстановления ганглиозных клеток in vitro была показана и для человека. — Sight restored by turning back the epigenetic clock, Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision, «Биомолекула»: Всё, что вы всегда хотели знать о взрослом нейрогенезе, но боялись спросить.
• Иммунология, медицина. Американские ученые выяснили роль галактозааминогалактана (GAG, galactosaminogalactan) в развитии врожденного иммунитета при легочной грибковой инфекции Aspergillus fumigatus. GAG —полисахарид, входящий в структуру клеточной стенки аспергилла. Когда GAG связывается с белками рибосомы и блокирует транскрипцию, на это реагирует инфламмасома — белковый комплекс, ответственный за воспаление и запрограммированную смерть зараженных клеток. Было показано, что мутантный грибок без GAG не вызывал воспаления и заражал мышей гораздо успешнее. — Galactosaminogalactan activates the inflammasome to provide host protection.
• Нейробиология, молекулярка. Новое исследование раскрывает детали молекулярного механизма дыхания у новорожденных, а точнее — работу нейронов, ответственных за первые вдохи. Ключевую роль в этом процессе играет гормон PACAP (Pituitary adenylate cyclase-activating peptide), недостаток которого в ретротрапециевидном ядре у новорожденных мышей приводит к одышке и трудностям с дыханием. Наоборот, введение PACAP восстанавливает нормальную работу дыхания. Ученые пришли к выводу, что выработка PACAP обеспечивает дополнительную поддержку дыхания у новорождённых. — A brainstem peptide system activated at birth protects postnatal breathing.
• Структурка. Миозин II — двигательный белок, который обеспечивает сокращение мышечных клеткок и поддерживает сокращение формы для всех остальных типов клеток. С помощью метода криоэлектронной микроскопии клеток гладких мышц исследователи составили модель миозина. Эта модель помогает лучше понять конкретные болезни мышц, связанные с мутациями, а также визуализирует взаимодействие L-цепей белка и процесс дальнейшей активации миозина. — Cryo-EM structure of the inhibited (10S) form of myosin II, Structure of the shutdown state of myosin-2, «Биомолекула»: Электронно-лучевое повреждение в микроскопии: Pro et contra.
• Медицина, физиология. Ученые из Испании нашли возможную связь между атеросклерозом и аутоиммунными заболеваниями. Атеросклероз — воспалительное заболевание, при котором образуются бляшки в кровеносных сосудах. Этот процесс может приводить к тромбозу и другим заболеваниям кровеносной системы. Потенциальным маркером атеросклероза может быть антиген ALDH4A1 — митохондриальная дегидрогиназа, которая участвует в метаболизме пролина. При атеросклерозе изменяется распределение и циркуляция ALDH4A1, в результате чего сосуды с бляшками привлекают к себе аутоантитела, вызывая аутоиммунную реакцию. — ALDH4A1 is an atherosclerosis auto-antigen targeted by protective antibodies, «Биомолекула»: Аутоиммунные заболевания.
• Нейробиология. У изолированных особей социальных видов животных можно наблюдать изменения в экспрессии различных генов в нейронах. Один из них — pth2, ген нейропептида, специфичного только для позвоночных. Эксперимент на социально адаптированных рыбках данио-рерио показал, что при их вынужденной изоляции от сородичей в организме особи-одиночки резко меняется экспрессия гена pth2. Механизм этого эффекта заключается в следующем: рыбка-одиночка реагирует на движения вокруг себя, запуская или подавляя экспрессию гена. Химическое подавление механочувствительных нейронов боковой линии у рыб приводило к снижению экспрессии pth2 у особей, находящихся в стае — словно они были в изоляции. И наоборот, имитация движений данио-рерио поблизости от изолированных особей приводило к увеличению экспрессии этого гена. — The neuropeptide Pth2 dynamically senses others via mechanosensation.
• Нейробиология. У нейробиологов нет ясного понимания механизма сна, однако главной его функцией считают консолидацию памяти. Однако не только сон влияет на память. В Nature опубликовали любопытное исследование, которое устанавливает зависимость между запоминанием и доступностью еды. Эксперименты на дрозофилах показывают следующее: у голодных мух активируются нейроны грибовидного тела, обеспечивая лучшее запоминание. Такой механизм дает дрозофилам эволюционное преимущество, позволяя им аккумулировать память в периоды активного бодрствования в поисках добычи и не требуя сна для лучшего запоминания. — Availability of food determines the need for sleep in memory consolidation, «Биомолекула»: Бессонные ночи дрозофилы.

Science #370 (6531) + онлайны: механический жук, враждующие корни и прозревшие слепые

• Физиология растений. Корни растений скрыты под землей, и это сильно осложняет наблюдение за подземной частью биомассы. Новое исследование вводит теорию игр для моделирования формирования корней. С помощью компьютерной модели ученые исследовали, как корни разных растений взаимодействуют между собой. В результате такого эксперимента наружу показались соревновательные детали подземной жизни растений: корни стараются перерасти друг друга и постоянно ищут баланс между нужным объемом корневой системы. Более того, присутствие растения-соседа «подстегивает» корневую систему быстрее отращивать боковые корни. — Constraints on selfish behavior in plants, The exploitative segregation of plant roots.
• Антропология, эволюция. Новое исследование рассказывает о роли микробиоты кишечника в адаптации популяций человека. Разные популяции людей могут быть лучше или хуже приспособлены к диетам. Например, европейцы обычно не страдают от непереносимости лактозы. Большую роль на диету оказывает микробиота человека, которая помогает или усложняет усваивание конкретных соединений. Обзор Science посвящен взаимосвязи и совместной эволюции отдельных представителей микробиоты и генов человека. — The role of the microbiota in human genetic adaptation, «Биомолекула»: Микробиом кишечника: мир внутри нас, Эволюция генетического кода.
• Бионика. Работа крыльев жуков-носорогов при взаимостолкновениях вдохновила ученых на создание миниатюрного крылатого робота. В основании крыльев жуков-носорогов располагаются складки, с помощью которых жуки располагают крылья под надкрыльями. Также эти складки служат амортизаторами в случае столкновения крыльев в полете. Ученые смогли воссоздать этот механизм в небольшом роботе, который передвигается за счет аналогичных взмахов крыльев. — Miniaturization of robots that fly on beetles’ wings, Mechanisms of collision recovery in flying beetles and flapping-wing robots.
• Киберпротезирование. Новая статья Science также посвящена восстановлению зрения, однако с помощью другого механизма. Так, электрическая стимуляция макак позволила воссоздать в их мозге изображения, которые животные считывали с камеры. О способности электричества стимулировать зрительную кору известноуже давно, однако предшествующие попытки доказать это экспериментальным путем не удались. Совершенствование техники и миниатюризация микросхем помогла ученым передать изображение с камеры, пусть и нечеткое, в мозг макак-резусов. Эксперимент показал, что макаки могли различать простые формы объектов и их движение. — Stimulating the brain to restore vision, Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex, «Биомолекула»: Что такое ней­ро­про­те­зи­ро­ва­ние? Это вредно?
• Ботаника, структурка. Иммунная система высших растений редко попадает на страницы научных журналов, и этот случай — то самое исключение. Растения, подобно животным, для обнаружения патогенов используют NLR рецепторы. В новой статье Science описывают структуру одного из них — рецептора ROQ1, ответственного за распознавание одного из внешних белков патогенных бактерий (XopQ1). Как показывает исследование, белок прикрепляется к активному сайту и к поверхности ХopQ16, образуя резистосом и тем самым активируя иммунную систему. — Enzyme formation by immune receptors, Structure of the activated ROQ1 resistosome directly recognizing the pathogen effector XopQ.
• Эволюция. Новая статья проливает свет механизм естественного отбора, который подстегивает эволюционную способность. В ходе эксперимента популяции Escherichia coli, экспрессирующие желтый флуоресцентный белком, подвергали селекции в течение четырех поколений. Из потомков выбрали тех особей, которые выработали способность к зеленому свечению. Следующий виток эксперимента – дальнейший селекционный отбор среди клеток-потомков с GFP, в результате которого отобрали наиболее приспособленных к экспрессии нового гена особей. В результате удалось сравнить скорость выработки приспособлений между «слабыми» и «сильными» популяциями бактерий и их взаимосвязь с приобретением вредных мутаций. — Selection enhances protein evolvability by increasing mutational robustness and foldability.
• SARS-CoV-2, вирусология. Был проведен сравнительный анализ взаимодействия SARS-CoV-2, SARS-CoV-1 и MERS-CoV с белками человека, в ходе которого подобрали основные мишени для лекарств против некоторых представителей коронавирусов. Ученые выделили около 70 соединений в организме человека, которые могут значительно повлиять на размножение коронавирусов, что позволяет гораздо точнее определить лекарственные мишени. — Comparative host-coronavirus protein interaction networks reveal pan-viral disease mechanisms, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.