Nature #600 (7888) + онлайны: генетика малярийного плазмодия, связь микробиоты и набора веса при прекращении курения и структура филаментов из белка TDP-43

• Экология. Считается, что повышение количества углекислого газа в атмосфере повышает интенсивность фотосинтеза, который, в свою очередь, увеличивает количество углерода на суше. Однако, как показало недавнее исследование, интенсивность фотосинтеза не может повышаться бесконечно, несмотря на увеличение уровня CO₂ в атмосфере. Авторы исследования оценили, что за период с 1988 по 2020 год интенсивность фотосинтеза выросла на 11,85 ± 1,4%. — A constraint on historic growth in global photosynthesis due to increasing CO2, «Биомолекула»: «Кто на самом деле крутит углеродное колесо».
• Генетика. Вклад генетических особенностей человека в его устойчивость к малярии хорошо известен на примере серповидноклеточной анемии. А как генотип малярийного плазмодия влияет на его способность размножаться в серповидных эритроцитах? Международный коллектив ученых показал, что способность к размножению в серповидных эритроцитах связана с тремя участками в геноме Plasmodium falciparum. В частности, плазмодии, способные проникать в серповидные эритроциты, несут специфические замены в гене PfACS8, кодирующем ацетил-КоА-синтетазу, еще одном участке на той же (второй) хромосоме и участке на 11 хромосоме. Частота этих вариантов от паразита коррелирует с частотой серповидноклеточной анемии в данном регионе. — Malaria protection due to sickle haemoglobin depends on parasite genotype, «Биомолекула»: «Малярия. 15 фактов о болотной лихорадке», «Малярия. „Болотная лихорадка“ тогда и сейчас».
• Полногеномный поиск ассоциаций. Повышенный уровень липидов в крови является важным фактором предрасположенности к сердечно-сосудистым заболеваниям. Полногеномный поиск ассоциаций (GWAS), направленный на поиск генетических основ повышенного уровня липидов, проводился не раз, однако участниками исследований были преимущественно люди европейского происхождение. В новом масштабном GWAS на ту же тему приняли участие около 1,6 млн человек, из которых 350 тысяч имели неевропейское происхождение. Включение в исследование людей неевропейского происхождения позволило оценить колоссальное генетическое разнообразие в генах, связанных с обменом липидов, а также выявить новые гены-кандидаты и специфические для людей определенного происхождения генетические вариации, влияющие на уровень липидов в крови. — The power of genetic diversity in genome-wide association studies of lipids, «Биомолекула»: «Фальшивые мотивы в ДНК: как геномные варианты меняют поведение транскрипционных факторов».
• Структурка. NADH-дегидрогеназноподобный комплекс (NDH), располагающийся в хлоропластах, играет важную роль в обеспечении циклического транспорта электронов в первой фотосистеме. Структура этого комплекса чрезвычайно сложна, поскольку в его состав входит 29 субъединиц. Китайские ученые смогли получить структуру NDH, связанного с фотосистемой I, у ячменя (Hordeum vulgare) с разрешением в 4,4 Å с помощью криоэлектронной микроскопии. — Architecture of the chloroplast PSI-NDH supercomplex in Hordeum vulgare, «Биомолекула»: «Фотосинтез в образах».
• Структурка. Рецептор σ2 представляет интерес с точки зрения визуализации опухолей, психиатрии и лечения нейропатических болей. Американские ученые смогли получить структуру этого рецептора в комплексе с лигандом ролуперидоном, который может войти в клиническую практику. Предварительно авторы работы провели масштабный поиск лигандов рецептора σ2 с помощью докинга, и из 490 миллионов виртуальных молекул отобрали и синтезировали 484 вещества. Дальнейшие исследования показали, что наиболее перспективным из них является ролуперидон. — Structures of the σ2 receptor enable docking for bioactive ligand discovery.
• Нейробиология, структурка. Характерным признаком таких нейродегенеративных заболеваний, как боковой амиотрофический склероз и фронтотемпоральная деменция, является накопление в нейронах и клетках глии скоплений из белка TDP-43. Ученые из Великобритании и Японии с помощью криоэлектронной микроскопии изучили структуру патологических скоплений TDP-43. Они показали, что эти агрегаты представляют собой амилоидные филаменты, состоящие из одного протофиламента. — Structure of pathological TDP-43 filaments from ALS with FTLD, «Биомолекула»: «Уйти на профилактику: деменция как предотвращаемое заболевание».
• Физиология. Известно, что прекращение курения зачастую приводит к набору веса, даже при жестком контроле питания. Израильские исследователи показали, как курение и отказ от него сказываются на кишечной микрофлоре, используя модельных мышей. Примечательно, что при отказе от курения набора веса не происходит, если предварительно была уничтожена кишечная микрофлора. Пересадка фекальной микробиоты от мышей, на которых воздействовали сигаретным дымом, мышам, лишенным микрофлоры и не сталкивавшимся с табачным дымом, вызывало набор веса у последних. Таким образом, воздействие на кишечную микрофлору может помочь ослабить негативные последствия отказа от курения — таких как набор веса. — Gut microbiota modulates weight gain in mice after discontinued smoke exposure, «Биомолекула»: «Не хотим никотин, или кратко и ёмко о курении», «Курить – Y-хромосоме вредить».
• Физиология. О пользе физических упражнений для когнитивных функций можно говорить долго. В частности, известно, что занятия физкультурой повышают нейропластичность и снижают уровень воспаления в гиппокампе. Ученые из Стэнфордской медицинской школы показали, что переливание плазмы крови мышей, подвергающихся физическим нагрузкам, обычным мышам снижает уровень экспрессии генов, связанных с воспалением нервной ткани. Протеомный анализ плазмы крови реципиентов показал, что у них повышен уровень ингибиторов системы комплемента, таких как кластерин. Кластерин связывается с клетками эндотелия сосудов мозга и подавляет воспаление нервной ткани мозга. — Exercise plasma boosts memory and dampens brain inflammation via clusterin, «Биомолекула»: «Спорт как лекарство».
• Биохимия. β-никотинамидадениндинуклеотид (β—NAD) — одна из ключевых молекул в метаболизме любого животного организма, которая выступает в роли акцептора электронов. Ученые из Японии и Новой Зеландии показали, что β—NAD задействован в биосинтезе ряда вторичных метаболитов, в которых «скелет» никотинамидадениндинуклеотида преобразуется и используется в качестве строительных блоков. Ферменты, которые катализируют реакцию между β—NAD и S-аденозилметионином с образованием еще одного строительного блока, 6-азатетрагидроиндана, широко распространены у бактерий и входят в состав многих кластеров генов биосинтеза. — β-NAD as a building block in natural product biosynthesis.

Science #374 (6573) + онлайны: ядерные поры как механорецепторы, развитие листа злаков и новое о SARS-CoV-2

• Биология развития. Международный коллектив ученых детально исследовал процесс развития листьев у злаков, которые по внешнему виду сильно отличаются от листьев других растений. С помощью методов генетики развития и компьютерного моделирования исследователи показали, что эти два типа листьев, несмотря на сильные различия в строении, развиваются по схожим путям. В примордиальной зоне, дающей начало листу, в обоих случаях происходят одинаковые изменения в экспрессии генов. Однако у злаков имеется специальный механизм для формирования характерной черты их листьев — листового влагалища. — Evolution of the grass leaf by primordium extension and petiole-lamina remodeling.
• Клеточная биология. Транспорт крупных молекул из цитоплазмы в ядро и обратно контролируется сложными комплексами — ядерными порами, пронизывающими ядерную оболочку. Немецкие ученые выяснили, что ядерные поры являются еще и механорецепторами, реагирующими на степень механического натяжения ядерной оболочки изменениями в диаметре пор. — Nuclear pores dilate and constrict in cellulo.
• Нейробиология. В ходе раннего развития мозга в области ганглионарных возвышений формируются десятки интернейронов разного типа, которые далее мигрируют по разным отделам развивающегося мозга. Китайские ученые сравнили функционирование ганглионарных возвышений у мыши и человека на уровне транскриптомики единичных клеток. В обоих случаях клетки ганлионарных возвышений отличались большим разнообразием в плане транскрипционных паттернов. В случае человека развивающийся неокортекс в большей степени полагается на клетки радиальной глии, а в ганглионарных возвышениях большую роль играют развивающиеся интернейроны. — Mouse and human share conserved transcriptional programs for interneuron development, «Биомолекула»: «От астроцита до нейрона: история одного превращения в живом мозге».
• Клеточная биология. Белки группы ESCRT обеспечивают слияние биологических мембран. Коллектив ученых из США, Германии и Италии показал, что привлечение белков ESCRT к мостику, соединяющему еще не разделившиеся клетки в ходе цитокинеза обеспечивается за счет их связывания с сигнальным липидом фосфатидилинозитол-3,4-бисфосфата (PI(3,4)P2). Авторы работы показали, что контроль цитокинеза при участии белков ESCRT предотвращает старение клеток и раннее появление катаракты, причем даже у таких эволюционно далеких организмов, как рыба и человек. — PI(3,4)P2-mediated cytokinetic abscission prevents early senescence and cataract formation, «Биомолекула»: «Зачем клетки стареют».
• Биоинформатика. Методы глубокого обучения произвели настоящую революцию в сфере моделирования пространственных структур белков. Американские ученые произвели масштабное картирование белок-белковых взаимодействий в клетках дрожжей с помощью глубокого обучения. Авторы работы получили не только список предполагаемых белок-белковых контактов, но и предсказали структуры ряда белковых комплексов, функционирующих в клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae. — Computed structures of core eukaryotic protein complexes, «Биомолекула»: «Конструкторское бюро белков».
• SARS-CoV-2, структурка. Китайские исследователи с помощью криоэлектронной микроскопии получили структуры полноразмерного S-белка дельта-, каппа- и гамма-вариантов SARS-CoV-2. Они показали, что у дельта-варианта S-белок лучше обеспечивает слияние мембран при небольшом количестве рецептора ACE2. В каждом случае мутации перестраивали антигенную поверхность N-концевого домена S-белка, но вызывали лишь локальные изменения в рецептор-связывающем домене, что соответствует данным о низкой эффективности нейтрализации мутантных форм антителами. — Membrane fusion and immune evasion by the spike protein of SARS-CoV-2 Delta variant, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.