Нейробиология

Карта рецепторов нейромедиаторных систем у людей

До сих пор остается неизвестным, как пространственное распределение рецепторов связано со структурой мозга. Последние технологические достижения позволяют кое-что реконструировать: с одной стороны, существуют специализированные сетевые модули, поддерживающие разделение информации, а с другой стороны — тесно взаимосвязанные «узлы», поддерживающие интеграцию информации.

Эта работа демонстрирует, как химическая архитектура формирует структуру и функции мозга. — Mapping neurotransmitter systems to the structural and functional organization of the human neocortex.

Не списывайте образование новых синапсов у взрослых (мышей) со счетов

Новые возбуждающие синапсы в коре головного мозга млекопитающих лишены достаточного количества глутаматных рецепторов AMPA-типа, что приводит к функционально «молчащим» синапсам. «Молчащие» синапсы многочисленны в раннем развитии, во время которого они опосредуют формирование и уточнение нейрональных контуров, но считается, что их количество уменьшается при взрослении.

Тем не менее, взрослые сохраняют способность к нейрональной пластичности и гибкому обучению, с которыми связаны AMPAR, что позволяет предположить: образование новых связей во взрослом возрасте все еще возможно (или даже преобладает). Исследователи использовали визуализацию белков сверхвысокого разрешения, чтобы рассмотреть синаптические белки пирамидных нейронов в первичной зрительной коре (V слой) взрослых мышей. Оказалось, что около 25% этих синапсов не имеют AMPA-рецепторов. Эти предполагаемые «молчащие» синапсы располагались на кончиках тонких дендритных выпячиваний — филоподиях, которых было на порядок больше, чем считалось ранее (составляя около 30% всех дендритных выпячиваний). Физиологические эксперименты показали, что у филоподий действительно отсутствует передача, опосредованная AMPA-рецептором, но они демонстрируют синаптическую передачу, опосредованную NMDA-рецептором.

Однако функционально молчащие синапсы на филоподиях могут быть активированы за счет хеббовской пластичности, рекрутируя новые активные связи. Эти результаты бросают вызов модели, согласно которой функциональная связность в коре головного мозга взрослых в значительной степени фиксирована. — Filopodia are a structural substrate for silent synapses in adult neocortex, «Биомолекула»: «В полном объеме: синаптические везикулы в трехмерной модели синапса».

Мозг мышей под кетамином: что вызывает диссоциативное состояние?

Мозг может временно как будто «отключаться» от окружающей среды, сохраняя при этом яркие внутренние переживания. Подобное «диссоциированное состояние» может возникать при патологических состояниях, под влиянием психоделиков или анестетика кетамина (КЕТ). Клеточные и конкретные механизмы на уровне сетевого взаимодействия в мозгу, вызывающие диссоциативное состояние, остаются плохо изученными. В этой работе на мышах показали, что KET вызывает подавление спонтанно активирующих нейронов, в то время как ранее молчавшие нейроны действуют наоборот — спонтанно активируются. Это переключение происходит во всех слоях и областях коры. Оно опосредовано подавлением активности интернейронов парвальбумина и соматостатина и ингибированием рецепторов NMDA и каналов HCN. Полученные результаты показывают две в значительной степени непересекающиеся популяции корковых нейронов — одна участвует в бодрствовании, другая вносит вклад в «диссоциативное состояние». Возможно, это заложит основу понимания «переключения» мозга с обработки внешней сенсорной информации на переживания, генерируемые «изнутри». — Ketamine triggers a switch in excitatory neuronal activity across neocortex, «Биомолекула»: «Новая жизнь психоделиков».

Эволюция

Неогнаты vs. палеогнаты

Большинство из 11 000 видов птиц в мире принадлежат к группе, называемой неогнатами, что попросту значит: ключевые кости в небе подвижны, что позволяет птицам двигать верхней частью клюва независимо от черепа. Гораздо меньшая группа птиц, включая нелетающих эму, казуаров, страусов, киви и летающих тинамусов, составляет палеогнатов: кости их верхнего неба, в том числе крыловидная, сросшиеся.

Птица, зубастая и доисторическая, жившая 67 миллионов лет назад, была найдена два десятилетия назад в бельгийском карьере. Дэниел Филд, палеонтолог из Кембриджского университета, вместе с коллегами повторно исследовали окаменелость с помощью микрокомпьютерной томографии, чтобы лучше изучить анатомию птицы. Они описали образец как новый вид древней птицы Janavis finalidens, которая имела общего предка с современными птицами, такими как куры и утки. А сам Janavis finalidens по размеру был бы похож на серую цаплю.

Долгое время предполагалось, что палеогнаты появились первыми, а неогнаты — за ними. Крыловидный отросток Janavis finalidens, вероятно, был частью несросшегося костного неба, а это означает, что верхняя часть клюва птицы была подвижной, и это переворачивает взгляд на эволюцию птиц. — 67-million-year-old fossil upends bird evolutionary tree.

Экология

Муравьиное молоко

Впервые исследователи обнаружили муравьев-налетчиков Ooceraea biroi, выделяющих жидкость, похожую на молоко, которая при этом питает других в колонии.

Исследование показывает, что в стадии куколки муравьи производят богатую питательными веществами жидкость, которую потребляют как взрослые особи, так и личинки.

Только что вылупившиеся личинки зависят от этой жидкости, чтобы расти и выживать, подобно тому, как новорожденные млекопитающие зависят от молока. Если взрослые муравьи и личинки не потребляют жидкость, она накапливается и заражается грибками, которые убивают куколок.

Введя синий пищевой краситель в куколку Ooceraea biroi и проследив, где он оказался, исследователи показали, что взрослые муравьи пьют жидкость по мере ее выделения, а также помогают своим личинкам пить ее, перенося их к куколкам. Это останавливает накопление жидкости, опасное для куколки.

Исследователи также обнаружили куколочное «молоко» у видов каждого из пяти крупнейших подсемейств муравьев, предполагая, что оно может играть роль в эволюции социальных структур муравьев. — - Pupating ants make milk — and scientists only just noticed, «Биомолекула»: «Трудится, как муравей? Ленится, как муравей!».

Эмбриология

SynNotch на мышах помог проследить историю клеточных контактов

Сигнальный путь Notch передает сигналы через прямой межклеточный контакт в развитии и гомеостазе. В каноническом пути Notch, при клеточном контакте, лиганд Notch в одной клетке связывается с рецептором Notch в другой клетке, запуская сигнальный путь, который приводит к активации транскрипции определенных генов. Чтобы понять динамику межклеточных коммуникаций in vivo с течением времени, исследователи разработали межклеточный генетический подход с использованием синтетического пути Notch (synNotch), который преобразует «событие» клеточного контакта в контролируемую программу транскрипции. Исследование проводилось на мышах.

Исследователи увидели, что эндотелиальные клетки (клетки-получатели) в развивающемся сердце оказались генетически помечены после контакта с соседними кардиомиоцитами (клетками-отправителями). Потомство эндотелиальных клеток мигрировало в печень и впоследствии сформировало там значительную часть сосудистой сети, указывая на то, что часть сосудистой сети печени происходит из развивающегося сердца во время эмбриогенеза.

Применение мышей synNotch в онкогенезе показало историю контактов между опухолевыми клетками (клетками-отправителями) и эндотелиальными клетками (клетками-получателями) во время роста опухоли. Опухолевые сосуды не только расширялись внутри опухоли, но также вырастали на периферию; у них обнаружили ангиогенные свойства. При контакте с опухолевыми клетками эндотелиальные клетки приобретали ангиогенные, миграционные и воспалительные свойства. — Monitoring of cell-cell communication and contact history in mammals.

Молекулярная биология

Похищение CRISPR

Знаменитый инструмент редактирования генов CRISPR давно известен ученым как способ борьбы бактерий с вирусами. Но эволюция — это «гонка вооружения». Оказывается, что тысячи атакующих бактерии вирусов, известных как бактериофаги, содержат генетические последовательности системы CRISPR! А значит, они могут использовать их против других фагов, если они оказались в одной бактерии. — - CRISPR is so popular even viruses may use it, «Биомолекула»: CRISPR.

Отсеивание дефектных мембранных белков

Мембранные белки соединяют клетку с окружающей средой и необходимы для активности и выживания клеток. Для правильного функционирования мембранные белки должны принять четко определенную трехмерную структуру внутри липидного бислоя. Ученые обнаружили, что сигнальный пептидазный комплекс (SPC) человека, удаляющий сигнальные пептиды из эндоплазматического ретикулума и секреторных и мембранных белков-мишеней, выполняет дополнительную функцию контроля качества мембранных белков. SPC расщепляет мембранные белки, которые не могут правильно сворачиваться или собираться в нативные комплексы. — The human signal peptidase complex acts as a quality control enzyme for membrane proteins.

Эпидемии

«Беспрецедентные» всплески холеры

2 октября Гаити объявила печальные новости: холера вернулась в страну. Воспоминания о предыдущей эпидемии, унесшей жизни около 10 000 гаитян в период с 2010 по 2019 год, все еще свежи; сейчас, когда банды борются за контроль над страной, а система здравоохранения находится в беспорядке, все может ухудшиться снова. Вспышки также были зарегистрированы в Кении и Ливане.

ВОЗ называет всплески холеры «беспрецедентными», отчасти связывая это с изменением климата и COVID-19. Тридцать стран сообщили о вспышках в этом году, по сравнению с менее чем 20-ю вспышками в среднем за последние 5 лет. Глобальные запасы вакцины против холеры кончаются, что вынуждает организации здравоохранения нормировать дозы.

Засухи в Западной Африке и на Сомали, масштабные наводнения в Юго-Восточной Азии и циклоны на юге Африки привели к переселению людей и разрушению инфраструктур водоснабжения и антисанитарии. Ущерб, нанесенный COVID-19 системе здравоохранения, усугубил ситуацию. Уровень смертности от холеры в Африке в 2021 примерно в три раза выше, чем за предыдущие 5 лет. «Каждый раз, когда мы выясняли, почему [уровень смертности] был таким высоким, причина была одна и та же: задержка доступа к медицинской помощи», — говоорит Филипп Барбоза, возглавляющий отдел ВОЗ по холере и эпидемическим диарейным заболеваниям.

36 миллионов доз вакцины, которые собираются изъять из запасов в этом году, будет недостаточно. Полная защита требует введения двух доз с интервалом в 2 недели, поэтому запас покрывает всего 18 миллионов человек. Ученые в растерянности и думают об изменении стратегии введения вакцин.

Между тем, индийская компания, которая производит 10% мировых запасов вакцины против холеры, планирует прекратить производство к концу 2023 года. — Vaccines are in short supply amid global cholera surge, «Биомолекула»: «Балы смерти, безопасные гробы или извилистый путь к победе над холерой».

Обезьянья оспа

В мае 2022, когда обезьянья оспа начала распространяться по Европе и за ее пределами, многие специалисты общественного здравоохранения были застигнуты врасплох. Но исследователей, которые годами отслеживали и изучали вирусное заболевание в Центральной и Западной Африке, удивило лишь то, насколько точными были их прогнозы. С 1980-х годов в Демократической республике Конго ежегодно регистрируются тысячи случаев подозрения на оспу обезьян и сотни смертей от этой болезни. В 2022 году министерство здравоохранения страны сообщило о более чем 4500 предположительных и подтвержденных случаях заболеваний и 155 случаях смерти.

Оспа обезьян является эндемичной как минимум в восьми странах, включая Бенин, Камерун, Гану и Либерию. Адесола Йинка-Оганли, эпидемиолог из Нигерийского центра по контролю за заболеваниями в Абудже, руководила исследованием и реагированием на вспышку оспы обезьян в 2017 году в стране. Она считает, что исследования серопревалентности — количества людей, у которых есть антитела к вирусу, — являются ключевым приоритетом для понимания истинных масштабов вспышки в Нигерии и во всей Африке. Также необходимы лабораторная диагностика, налаживание логистики, чтобы можно было транспортировать образцы из городов со вспышками заболевания в города, где их можно проанализировать. — These monkeypox researchers warned that the disease would go global, «Биомолекула»: «Оспа обезьян — на пороге новой эпидемии?».