Nature #553 (7687) + онлайны: опять о вреде алкоголя — для генома (с наступившим Новым годом всех еще раз!), нейрональная пластичность у нематод и гендерное неравноправие в науке

• Нейробиология. Одна из важнейших функций нервной системы — это ее пластичность, то есть динамическая способность претерпеть изменения в физиологических свойствах нейронов, синаптических связях между ними и характеристиках отдельных синапсов. Важную роль в этом играют гены клеточной адгезии и такие их продукты как нейрексин и нейролигин, необходимые для нейронной пластичности. Оказалось, что неплохим модельным объектом являются нематоды: нейрональная активность у взрослых червей нематод вызывает изменения в связях ингибирующего нейрона под названием DVB. С помощью нематод можно детально изучить не только обучение и формирования памяти, но и более загадочные процессы, в которые вовлечены вышеупомянутые белки, — например, основы психических расстройств и гендерных различий по ним. — Neuronal plasticity in nematode worms, Neurexin controls plasticity of a mature, sexually dimorphic neuron.
• Нейробиология. В Nature опубликовали интересную статью по механизмам работы памяти, который порадует любого интересующегося этой темой читателя. За последние десятилетия было проведено множество работ на человеке и животных, так что сейчас уже можно частично ответить на вопросы, как формируются отдельные воспоминания и как они взаимодействуют друг с другом. Методы визуализации показывают, что для создания отдельного воспоминания, видимо, нейроны некоторых областей формируют новые связи, перемоделируют уже существующие и изменяют экспрессию генов. При воспроизведении воспоминания эти нейроны вновь активизируются. Читайте этот обзор, если вам интересно, как внедряли ложные воспоминания мышам и как Камбербэтч в «Шерлоке» производства BBC помогает изучить формирование памяти у людей. — How to see a memory. биомолекула: Время помнить и время забывать.
• Гематопоэз, гематопоэтические стволовые клетки. Гематопоэз (или кроветворение) — процесс образования и созревания клеток крови. Он организован иерархически, где на первых ступенях находятся самовосстанавливающиеся гематопоэтические стволовые клетки и мультипотентные клетки-предшественницы. Ученые использовали маркированные транспозоны (перемещающиеся, «прыгающие» участки генома, о которых еще пойдет речь ниже) для того, чтобы проследить судьбы клонов прогениторных и стволовых клеток при ненарушенном гематопоэзе. Их данные позволили пересмотреть уже имеющиеся представления об особенностях этого процесса и подчеркнули уникальные свойства названных выше клеток in situ. — Clonal analysis of lineage fate in native haematopoiesis.
• Гематопоэтические стволовые клетки, повреждение и репарация ДНК. Давно ясно, что спирт, содержащийся в алкоголе, и его метаболиты вредят организму человека. Сейчас ученые показали, что эти вещества даже повреждают клеточный геном, и, несмотря на репарационные процессы, это влечет за собой перестройку хромосом. Так, эндогенный ацетальдегид, образовавшийся из спирта, вызывает двухцепочечные разрывы ДНК и мутации гемопоэтических стволовых клеток. Помимо репарации, его разрушительное действие отчасти смягчается механизмом, включающим транскрипционный фактор р53. При удалении p53, например, все поврежденные и мутирующие под влиянием ацетальдегида гематопоэтические стволовые клетки выживают, но структура и интенсивность нестабильности генома в отдельных стволовых клетках не меняется. — Alcohol and endogenous aldehydes damage chromosomes and mutate stem cells. биомолекула: Кем быть? Как гемопоэтическая стволовая клетка выбирает профессию.
• Генная регуляция, хроматин. Уже прошло время, когда транспозируемые (мигрирующие внутри одного генома и даже между разными геномами) элементы считались мусорной ДНК. Сейчас им отводят большую роль в эволюции и регуляции генома. На мобильный транспозон человека Long INterspersed Element-1 (в аббревиатуре LINE-1 или L1) приходится 17% от всего генома, и он создает различные генетические варианты, в некоторых случаях приводящие к болезни. До сих пор не было понятно, как контролируется активность L1 и какую роль играет в регуляции генов хозяина. Ученые с использованием методики CRISPR/Cas9 показали, что ретротранспозиция L1 контролируется функционально разными генами на транскрипционном или посттранскрипционном уровнях, и их сайленсинг может привести к снижению геномной экспрессии у хозяина. — Selective silencing of euchromatic L1s revealed by genome-wide screens for L1 regulators. биомолекула: Мода на ретро. Где встречается обратная транскрипция, и как она эволюционировала.
• Онкология. Многие исследования рассказывают об изменении частоты слияния генов FGFR3-TACC3 (F3-T3) при различных формах рака. Это позволяет предположить, что слияние F3-T3 может быть характерным чуть ли не для всех онкологий. Было известно, что слияние F3-T3 работает как мощный онкоген, однако полная картина сигнальных путей его работы оставалась неизвестной. Сейчас выяснилось, что сигнал в каскаде передается через через фосфорилированный PIN4, что инициирует биогенез пероксисом и синтез новых белков, а это в свою очередь способствует митохондриальному дыханию и росту опухоли. — A metabolic function of FGFR3-TACC3 gene fusions in cancer.
• Онкология, иммунология. Десмопластическая меланома — редкий тип меланомы, характеризующийся плотной фиброзной стромой, устойчивостью к химиотерапии и отсутствием драйверных мутаций (про мутации-драйверы и мутации-пассажиры можно посмотреть в статье в «Науке и жизни»). Кроме того, неудивительно, что она значительно связана с повреждением ДНК, индуцированным ультрафиолетовым излучением. Оказалось, что при иммунной блокаде чекпоинтов ингибиторами PD-1 и PD-L1 у пациентов с этим типом меланомы наблюдается хороший ответ. — High response rate to PD-1 blockade in desmoplastic melanomas.
• Онкология, циркадные ритмы. Циркадные ритмы — «биологические часы», вовлеченные во многие процессы в организме, включая клеточную пролиферацию, метаболизм, воспаление и ответ на повреждение ДНК. Хронические нарушения циркадного ритма увеличивают риски возникновения опухолей. Ученые исследовали REV-ERBs — ядерные рецепторы гормонов, которые регулируют транскрипцию как часть циркадного цикла. Выяснилось, что они ингибируют аутофагию и липогенез в предраковых и раковых клетках и нарушают рост опухоли in vivo. — Pharmacological activation of REV-ERBs is lethal in cancer and oncogene-induced senescence. биомолекула: Тик-так по-шведски. Нобелевская премия за циркадные ритмы.
• Биофизика мембран, структурка. O-антигены — составная часть липополисахаридов на поверхности многих грамотрицательных патогенов, помогающая избежать врожденного иммунного ответа. С помощью рентгеноструктурного анализа удалось установить структуру одного АТФ-связывающего кассетного транспортера (channel-forming O-antigen polysaccharide ABC transporter), что позволило ученым разработать новую концепцию перемещения биополимеров. — Architecture of a channel-forming O-antigen polysaccharide ABC transporter.
• Эволюция, клеточная биология. Гибридизация яйцеклетки и сперматозоида близкородственных видов может привести к двум результатам: или к генетическому разнообразию, или к нежизнеспособности эмбриона из-за несовместимости видов. Ученые вновь мучают свой любимый и очень удобный объект — ксенопуса, африканских шпорцевых лягушек. Было показано, что нежизнеспособность гибрида Xenopus laevis и Xenopus tropicalis обязана тому, что геномные области на нескольких хромосомах X. laevis несовместимы с цитоплазмой X. tropicalis. Из-за этого нарушаются процесс расхождения хромосом при переходе к делению в митозе и экспрессия генов впоследствии. Это влечет смерть эмбриона. — Paternal chromosome loss and metabolic crisis contribute to hybrid inviability in Xenopus.
• Зоология, биоразнообразие. Известно много факторов уменьшения численности крупных млекопитающих, например, низкая репродуктивность, чрезмерная охота на них и разрушение мест обитания. Однако вклад влияния одного широко распространенного в нашем мире фактора долго оставался неизмеренным. Этот фактор — вооруженные конфликты. Из-за неясности нельзя было максимально продуктивно планировать природозащитные программы. Теперь ученые установили, что вооруженные конфликты — важный предсказатель снижения численности популяции, живущей в дикой природе. Оценка производилась по подсчету численности крупных травоядных животных в Африке в период с 1946 и по 2010 годы. — Warfare and wildlife declines in Africa’s protected areas.
• Экология. Из-за частых пожаров в саваннах и широколиственных лесах в почве уже многие десятилетия уменьшается содержание углерода и азота. С помощью методов экологического моделирования ученые показали, что потери азота ведут к снижению потерь углерода за счет снижения чистой первичной продукции (это то, сколько органики растение производит в процессе фотосинтеза за вычетом затрат на дыхание — подробнее можно прочитать про NPP). Будущие изменения в частоте пожаров могут повлиять на климат планеты и глобальный цикл углерода, сместив уровень хранения углерода в экосистеме. — Fire frequency drives decadal changes in soil carbon and nitrogen and ecosystem productivity.
• Социология, карьера в науке. Ученые мужчины в год выступают с лекциями и речами в два раза чаще, чем женщины. Это связано не с расхожими стереотипами, что мужчин в науке больше, чем женщин, или что мужчины занимают более высокие должности, а женщины чаще отказываются от приглашений выступать. Новое исследование показало, что если организацией занимаются мужчины, то женщины составляют меньше трети от всех спикеров, — получается, что мужчины предпочитают приглашать «себе подобных» по гендерному признаку. Если же выступление организовывали женщины, то гендерный состав докладчиков делится почти 50 на 50. — Male scientists given more opportunities to address colloquia.
• Социология, карьера в науке. Вопрос гендерного неравенства поднимается во всех сферах человеческой деятельности — и научные изыскания не исключения. Согласно докладу Национального научного фонда США (NSF), PhD-шники — мужчины получают больше своих коллег — женщин практически в любой научной области. Для того чтобы сделать такой вывод, изучался годовой заработок тех, кто получил докторскую степень в 2016 году и продолжал работать в своей области — рассматривались естественные и социальные науки, физика, математика, компьютерные технологии, психология, социология и инженерия. В среднем, оплата труда мужчин была выше на 24%: $92 000 против $74 000. В частности, женщины в биомедицине и биологических науках зарабатывали в среднем $67 500 — почти на $10 000 меньше коллег-мужчин. — Gender pay gap persists.

Science #359 (6372) + онлайны: где находятся нейроны, распознающие окружающих, как хитрит холерный вибрион и галапагосские вьюрки, которые не перестают всех удивлять

• Нейробиология. Как все знают, в головном мозгу кодируется пространственное положение и ориентация организма. Но социальным животным, к которым относится и человек, нужно блюсти в пространстве не только себя, но и других членов группы — для социального контактирования, обучения, перенятия опыта и отслеживания перемещений. Вот как раз о том, как положение других индивидуумов закодировано в мозге, известно очень мало. Сейчас две группы ученых (одни работали на крысах, другие на летучих мышах) сообщили, что им удалось обнаружить подгруппы нейронов в области CA1 гиппокампа, которые и связаны с этой функцией. — Spatial representations of self and other in the hippocampus, Social place-cells in the bat hippocampus.
• Эволюция. Знаменитые галапагосские вьюрки, о которых писал Дарвин, — это классический пример адаптивной радиации при формировании новых видов. Было показано, что видообразование и репродуктивная изоляция в результате гомоплоидной гибридизации у этих птиц возникает очень быстро — всего лишь за три поколения. — Improbable Big Birds. Rapid hybrid speciation in Darwin’s finches.
• Микробиология. Несмотря на множество исследований, малярия остается большой проблемой для человечества: это смертельная болезнь без супер-эффективной вакцины. Ко многим противомалярийным препаратам патогены развивают устойчивость. Сейчас группа исследователей изучила эволюционные изменения в геноме возбудителя малярии Plasmodium falciparum. Это помогло идентифицировать не только потенциальные новые мишени для лекарств, но и даже гены устойчивости к существующим препаратам. Кроме того, удалось выявить дополнительные аллели тех генов, о связи с резистентностью которых уже было известно. Новая информация может значительно помочь в борьбе с этой болезнью. — Malaria parasite evolution in a test tube, Mapping the malaria parasite druggable genome by using in vitro evolution and chemogenomics. биомолекула: Как понравиться вампиру, или За что комары так любят больных малярией?
• Микробиология. Бактериальным патогенам непросто приходится в жизни, и им приходится хитрить, чтобы успешно заражать и распространяться. У Vibrio cholerae есть специальная система секреции типа VI (T6SS), поставляющая белковые токсины, направленные на клетки эукариотического хозяина и убивающие заодно конкурирующие бактерии. Обнаружилось, что мутантный холерный вибрион не в состоянии конкурировать с штаммами Escherichia coli в кишечнике мыши. V. cholerae же без мутации в T6SS легко «завоевывают» кишечник молодых мышей, разжигают там воспалительные иммунные реакции и провоцируют у хозяина диарею — для собственного эффективного распространения и процветания. — Antagonism toward the intestinal microbiota and its effect on Vibrio cholerae virulence.
• Иммунология, кишечный микробиом. Здоровое соотношение кишечных бактерий невероятно важно для организма. Ученые показали, что грибы также могут взаимодействовать с иммунными клетками в кишечнике, поддерживая работу этого органа. Возможно, они не менее важны для сохранения здоровья кишечника, чем кишечные бактерии. Так, CX3CR1 + мононуклеарные фагоциты (MNPs) «патрулируют» кишечник и поддерживают противогрибковый иммунитет. Делеция CX3CR1 в этих клетках у мышей вызывает колитоподобные симптомы. У пациентов же с болезнью Крона, у которых не вырабатывались антитела против нескольких грибковых видов, обнаружены полиморфизмы по CX3CR1. — CX3CR1+ mononuclear phagocytes control immunity to intestinal fungi. биомолекула: Микробиом кишечника: мир внутри нас.
• Иммунология, эпигенетика. Уже давно помимо генетических факторов ученые вынуждены отслеживать эпигенетические. Сейчас выяснилось, что для дифференцировки в эффекторные CD8+ Т-лимфоциты необходима эпигенетическая репрессия генов, ассоциированных со стволовостью, а для этого необходима гистоновая метилтрансфераза SUV39H1. Это открытие не только помогает накоплению фундаментальных знаний по иммунологии, но и может пригодиться в разработке новой иммунотерапии рака. — Silencing stemness in T cell differentiation, The epigenetic control of stemness in CD8+ T cell fate commitment.
• Генная терапия. Прекрасный обзор от Science об истории генной терапии — методики, которая может в будущем излечить человека от некоторых видов слепоты, нервно-мышечных заболеваний, иммунодефицитов, гемофилии и даже онкологий. Однако не всегда она казалась такой перспективной. Читайте о технологиях редактирования генов, практических трудностях и важных вехах в истории генной терапии. — Gene therapy comes of age. биомолекула: 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть I, историческая, ... Часть II: инструменты и техники.
• Биохимия, структурка. У эукариотов многие белки модифицируются присоединением липидов, и это может изменить взаимодействие с клеточными мембранами. Сейчас ученые провели рентгеноструктурный анализ мембранного фермента, вешающего как раз такую ацильную цепь на остаток цистеина таргетных белков. Активный сайт фермента расположен на поверхности мембраны — это объясняет то, что фермент обычно «выбирает» субстрат, уже связанный с мембраной. — Fatty acyl recognition and transfer by an integral membrane S-acyltransferase.
• Структурка. Семейство ионных каналов TRPM (transient receptor potential melastatin) участвует во многих физиологических процессах. Ученые сейчас детально изучили структуру двух представителей этого семейства. TRPM8, сенсор холода и ментола, оказался «трехслойным». У TRPM4, связанного с сердечно-сосудистыми заболеваниями, обнаружилось два различных закрытых состояния: с кальцием и без, что указывает на место связывания кальция и конформационные изменения, им индуцированные. — TRPM channels come into focus, Structure of the human TRPM4 ion channel in a lipid nanodisc, Structure of the cold- and menthol-sensing ion channel TRPM8. биомолекула: «Мятный холодок»: почему ментол создаёт ощущение прохлады во рту.