Тема номеров Nature и Science. В этом году исполняется 150 лет с тех пор, как Дмитрий Менделеев предложил систему классификации 63 известных на тот момент химических элементов. В 1940-х годах она приобрела вид известной нам периодической таблицы и к сегодняшнему дню расширилась до 118 элементов, но общие принципы классификации, предложенные российским ученым в 1869 году, остались те же. Организация Объединенных Наций объявила 2019 год Международным годом Периодической таблицы химических элементов (International Year of the Periodic Table of Chemical Elements) — читайте подробнее об истории составления таблицы и синтезе химических элементов в публикациях Nature. — Anniversary celebrations are due for Mendeleev’s periodic table, The first synthetic element.

Science также посвятила несколько статей этой же теме. Из них, помимо исторических данных, вы узнаете о редкоземельных металлах, поиске новых элементов — 119 и 120, нуклеосинтезе в космосе, свойствах элементов, находящихся в p-блоке периодической таблицы, и многом другом. — Setting the table, The quest for superheavies, Ordering the elements, Populating the periodic table: Nucleosynthesis of the elements, Frontiers in molecular p-block chemistry: From structure to reactivity, Electronic structure in the transition metal block and its implications for light harvesting, Rare earth elements: Mendeleev’s bane, modern marvels.

Nature #565 (7741) + онлайны: анализ латентного резервуара ВИЧ, новости из Денисовой пещеры и одобрение терапий без должной проверки

• Онкология. Раковое перерождение часто возникает в тубулярном эпителии. При онкогенезе трансформированные клетки слишком активно пролиферируют, и происходит нарушение эпителиальной архитектуры. Ученые провели трехмерную визуализацию протока мышиной поджелудочной железы до и после онкогенной трансформации и показали, что эпителиальный онкогенез определяется отношением кривизны ткани к апикально-базальному механическому напряжению. — Tissue curvature and apicobasal mechanical tension imbalance instruct cancer morphogenesis.
• Молекулярка. При фиброзных заболеваниях фибробласты синтезируют много внеклеточного матрикса, что вызывает рубцевание и серьезные нарушения работы органов. При артрите же, напротив, фибробласты разрушают внеклеточный матрикс путем высвобождения металлопротеиназ и деградирующих ферментов, и в результате этого повреждаются ткани. Каковы же механизмы, управляющими этими противоположно направленными процессами? Оказалось, что важную роль играет фактор транскрипции PU.1, который регулирует экспрессию профиброзных генов в фибробластах. Так, экспрессия PU.1 активируется при фиброзных заболеваниях, а инактивация PU.1 вызывает регресс фиброза. — PU.1 controls fibroblast polarization and tissue fibrosis.
• Генетика. Геномная нестабильность — это увеличение скорости генетических мутаций. Она ускоряет эволюционную адаптацию и часто встречается при раке. У млекопитающих геномная нестабильность может возникать из-за повреждения обеих копий генов, участвующих в метаболизме ДНК и регуляции клеточного цикла, или из-за инактивации одной копии гена, продукт которого присутствует в ограниченных количествах. На модели Escherichia coli было показано, что повторный отбор адаптивных мутаций приводит к увеличению генетической нестабильности. Сейчас исследователи выяснили, что определенные гетерозиготные мутации вызывают генетическую нестабильность в диплоидных клетках дрожжей, и, вероятно, подобные генетические события инициируют генетическую нестабильность при раке. — Heterozygous mutations cause genetic instability in a yeast model of cancer evolution.
• Повреждение ДНК. Молекулярка. Эпителиальные клетки составляют барьер между организмом и окружающей средой. Генотоксические факторы извне могут повредить их геном и привести к злокачественной трансформации. Целостность генома же поддерживается эволюционно консервативным способом — ответом на повреждение ДНК (DNA damage response — DDR): либо посредством временной остановки клеточного цикла и репарации ДНК, либо апоптозом поврежденных клеток. Ученые интенсифицировали молекулу, необходимую для эффективной активации DDR в интестинальных эпителиальных стволовых клетках, — это IL-22. — Interleukin-22 protects intestinal stem cells against genotoxic stress.
• Метаболизм. Молекулярка. Биохимический ответ на попадание пищи в организм должен быть четко организован. Поскольку потребленные вещества могут вовлекаться во многие анаболические и катаболические пути, то, в каких реакциях они будут участвовать, зависит от специальных метаболических сенсоров. Ученые описали подгруппу иммунных клеток — интегрин β7+ интраэпителиальных Glp1r^high Т-лимфоцитов (естественных IELs — Intraepithelial T cells). Они распределены по слою энтероцитов тонкой кишки и модулируют системный метаболизм у мышей путем ограничения биодоступности GLP-1. Есть и предположение, что при современной диете, богатой жирами и сахарами, такое влияние на организм может быть негативным. — Gut intraepithelial T cells calibrate metabolism and accelerate cardiovascular disease.
• Молекулярка. Для выживания необходимы получение энергии и адаптация к изменениям окружающей среды. Одни виды фокусируются на потреблении определенного источника энергии, другие, напротив, используют разные субстраты. Сейчас ученые пролили свет на один из таких механизмов: факторы транскрипции FOXK1 и FOXK2, индуцируемые голоданием, перепрограммируют клеточный метаболизм и вызывают аэробный гликолиз. — FOXK1 and FOXK2 regulate aerobic glycolysis.
• Молекулярка. Кардиопротекция. mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex-1) вовлечен во многие процессы: регуляцию роста, обмен веществ, белковый синтез и аутофагию. Его гиперактивация ведет к развитию нарушений в разных органах, включая сердце. Туберин (TSC2) — это внутренний регулятор mTORC1, который действует посредством модуляции RHEB. TSC2 конститутивно ингибирует mTORC1, но это может быть модифицировано фосфорилированием от многих сигнальных киназ, которые или ингибируют (AMPK и GSK-3β), или стимулируют (AKT, ERK и RSK-1) активность mTORC. Ученые выяснили, что фосфорилирование одного из двух соседних сериновых остатков в TSC2 необходимо и достаточно для обеспечения PKG1 (protein kinase-1)-опосредованной защиты от перегрузки сердца давлением у мышей. — PKG1-modified TSC2 regulates mTORC1 activity to counter adverse cardiac stress. биомолекула: Кардиопротекция при сахарном диабете.
• Метод. Стабильный скрытый резервуар ВИЧ-1 в CD4+ Т-лимфоцитах — основное препятствие при лечении, и уже разрабатываются методы, которые нацелены именно на эту группу клеток. Но чтобы оценить эффективность потенциального лечения, должна быть и технология точной оценки латентного резервуара ВИЧ-1. Авторы представили в публикации такой анализ, который по отдельности оценивает неповрежденные и дефектные провирусы, то есть геномы ВИЧ-1, встроенные в ДНК лимфоцитов. — A quantitative approach for measuring the reservoir of latent HIV-1 proviruses. биомолекула: СПИД: как ВИЧ разрушает нашу иммунную систему, Связанные одной лентой.
• Антропология. Денисова пещера на Алтае (Россия) — основная локация для изучения взаимоотношений неандертальцев и денисовцев, населявших Евразию в эпоху среднего и позднего плейстоцена. Скрещивание этих групп было доказано недавно. Новые публикации уточняют хронологию заселения пещеры в период с 300,000 до 20,000 лет назад. — Dating of hominin discoveries at Denisova, Timing of archaic hominin occupation of Denisova Cave in southern Siberia, Age estimates for hominin fossils and the onset of the Upper Palaeolithic at Denisova Cave. биомолекула: Кто все эти люди?!
• Наука и жизнь. Клинические исследования. Лечение травм спинного мозга — крайне сложная задача, для которой сейчас пытаются использовать стволовые клетки. Этим занимаются многие группы исследователей, но на Западе пока что одобрение не получило ни одно лекарство, поскольку такая стратегия требует очень тщательной проверки методики в клинических исследованиях. Тем не менее, группа японских исследователей получила одобрение для использования на рынке препарата, базирующегося на применении мезенхимальных стволовых клеток, в рамках убыстренного одобрения методов регенеративной медицины в Японии. Но проблема в том, что ученые не провели все необходимые этапы проверки лекарства: препарат был одобрен на основе испытания на 13 участниках, без контрольной группы и без опубликованных результатов. По заявлениям японских исследователей, эти предварительные результаты были настолько убедительны, что не требуют дальнейших исследований, с чем, конечно, не согласны многие члены научного сообщества. Читайте подробнее в этой статье Nature. — Japan should put the brakes on stem-cell sales, Japan’s approval of stem-cell treatment for spinal-cord injury concerns scientists. биомолекула: Спецпроект: клинические исследования.

Science #363 (6426) + онлайны: самовосстанавливающийся гидрогель, борьба с туберкулезом и шустрые внутримембранные протеазы

• Нейробиология. Как меняется работа мозга, когда внезапно организму начинает грозить опасность? Ведь именно от этого может зависеть способность выжить. Ученые показали, что временная стимуляция серотониновых нейронов в дорсальном ядре шва подавляла движение мышей при низком или среднем уровне опасности. В обстановке серьезной угрозы нейроны переключали режим на стимуляцию движения: мыши старались убежать. — Intense threat switches dorsal raphe serotonin neurons to a paradoxical operational mode.
• Синтетические материалы. Живые ткани автономно растут и перемоделируются для приспособления к воздействию окружающей среды. Синтетические же материалы, напротив, не растут и не изменяют свою структуру со временем. Однако ученые работают над этим, и, вдохновленные строением мышц, создают специальные гидрогели, которые способны самовосстанавливаться и становиться только прочнее после повторяющихся механических нагрузок. — Hydrogels muscle their way into new territory, Mechanoresponsive self-growing hydrogels inspired by muscle training.
• Молекулярка. Протеолиз, осуществляемый ферментами протеазами, вовлечен во множество функций организма: от пищеварения до передачи сигналов клеткам. Особый интерес для ученых представляют внутримембранные протеазы I-CLiPs (intramembrane-cleaving proteases), которые расщепляют трансмембранные области своих субстратов. Сейчас ученые выяснили, что один класс этих ферментов — ромбоидное семейство (rhomboid family) — диффундируют в плоскости мембраны и быстрее других мембранных белков, и быстрее, чем должны были бы в соответствии со своим размером. — Membrane protein takes the brakes off, Rhomboid distorts lipids to break the viscosity-imposed speed limit of membrane diffusion.
• Молекулярка. Ученые после опытов на Drosophila melanogaster смогли связать иммунную систему и сонливость при болезни. Молекула под названием nemuri (в переводе с японского — «сон», сокращенно nur) — это антимикробный пептид, секретируемый нейронами. Повышение его экспрессии помогает мушкам справиться с бактериальной инфекцией и увеличивает продолжительность сна, в течение которого организм борется с заражением. Помимо этого, по-видимому, nur вызывает и сонливость после длительного лишения сна. — Linking immunity and sickness-induced sleep, Sleep-promoting molecule found in flies, A sleep-inducing gene, nemuri, links sleep and immune function in Drosophila.
• Туберкулез. Лекарственная устойчивость. Туберкулез — одна из важнейших всемирных угроз для человечества, особенно с учетом резистентности Mycobacterium tuberculosis к многим препаратам, в том числе и к изониазиду, самому часто назначаемому противотуберкулезному препарату. Поэтому неудивительно, что разработки, направленные на борьбу с палочкой Коха, сегодня очень важны. Ученые идентифицировали небольшую молекулу, которая ингибирует фосфопантетеинилтрансферазу (phosphopantetheinyl transferase — PptT), важный фермент в биосинтезе бактериальных липидов. Чувствительность таргетного сигнального пути к ингибированию PptT повысили другим ферментом — фосфопантетеин гидролазой (phosphopantetheine hydrolase). В опытах in vitro и на мышиной модели применение такой потенциальной терапии селективно уничтожило бактерии. — Opposing reactions in coenzyme A metabolism sensitize Mycobacterium tuberculosis to enzyme inhibition, Expanding the anti-TB arsenal. биомолекула: Болезнь, не думавшая сдаваться.
• Структурка. Ученые с помощью криоэлектронной микроскопии установили структуру посткаталитической сплайсосомы человека сразу после лигирования экзонов. Выяснилось, что сплайсосома вовлекает в процесс дополнительные белки: FAM32A, CACTIN, SDE2 и NKAP. — A human postcatalytic spliceosome structure reveals essential roles of metazoan factors for exon ligation.
• Эволюция. Определить, как именно происходит селекция аллелей под влиянием естественного отбора, часто непросто. Группа ученых решила установить, как изменяются с течением времени частоты аллелей, связанные с пигментацией шерсти у диких оленьих хомячков Peromyscus maniculatus. Исследователи экспериментально смоделировали экологическую обстановку и эволюционные силы, которые могли бы привести к различиям окраски в зависимости от цвета почвы. Как выяснилось, естественный отбор привел к изменениям окраски, базирующейся на разных генетических вариантах гена Agouti. — Testing evolutionary predictions in wild mice, Linking a mutation to survival in wild mice.
• Эволюция. Давно идет спор о том, как сформировался геном эукариот: постоянным горизонтальным переносом или эндосимбиозом. Изучение водорослей, живущих в экстремальных условиях (например, термальных источниках), обновило эту дискуссию. Получают ли эукариоты гены от бактерий? Согласно исследованию красных водорослей, ответ положительный: около 1% их генома — «чужеродного» происхождения. Более того, этот генетический материал помогает адаптации во враждебной окружающей среде. — Algae suggest eukaryotes get many gifts of bacteria DNA. биомолекула: Как составлялся геном эукариот: эндосимбиоз VS. непрерывный горизонтальный перенос.