Nature #571 (7764) + онлайны: расплывчатые митохондрии, явная-неявная мутация и «нервные» зародыши

• Нейробиология. У рыбок данио-рерио удалось обнаружить быструю и медленную фазы сна. Ученым удалось зарегистрировать такое разделение состояний сна с помощью полисомнографии. Это значит, что у модельных объектов (у рыбок) снимали показания активности мозга с одновременным измерением физиологических параметров — движением глаз и плавников, сердцебиением, насыщением крови кислородом. Схема фазового перехода оказалась вполне стандартной: во время медленного сна регистрируются длинные волны мозговой активности, а быстрый сон отличается учащенным сокращением сердца, подергиваниями век и непроизвольными движениями. Интересно, что данное открытие отодвигает срок возникновения разделения фаз сна по меньшей мере на 450 млн лет. — Neural signatures of sleep in zebrafish, биомолекула: Сон и старение I: «Часы в мозге» и влияние генов на ритм жизни.
• Структурка, клеточная биология. В составе мРНК довольно часто встречаются модифицированные нуклеотиды. Один из них — N6-метиладенозин (m⁶A, N⁶-methyladenosine). Как минимум один такой нуклеотид можно найти в 25% всех мРНК. Зачем клетка включает в состав собственной мРНК этот метилированный компонент? Учёные из Корнеллского университета разбирались в этом вопросе с помощью трех белков, связывающих цитозольные m⁶A. Выяснилось, что количество и распределение метилированных m⁶A обеспечивает фазовые переходы в клетках. Например, комплексы между m⁶A и белками, собранные особым образом, поддерживают баланс между жидкими и твёрдыми фазами в разных компартментах клетки. — m⁶A enhances the phase separation potential of mRNA, биомолекула: Транспортная мРНК, Разделяй и властвуй: роль разделения фаз в жизни клетки.
• Биофизика, биология простейших. Малоизвестное в широких кругах простейшее — инфузория спиростомум (Spirostomum) — неожиданно оказалось в центре научного внимания. Эти крошечные обитатели болот способны генерировать так называемые «гидродинамические триггерные волны». Проще говоря, популяция спиростом в нужные моменты (например, во время приближения хищника) способна передавать колебания в окружающей среде, которые распространяются по принципу цепной реакции. Это возможно благодаря тому, что отдельные инфузории за счёт сокращений цитоскелета могут сжимать своё тело почти на 60% от истинного объёма, а затем с большой отдачей распрямляться. При этом спиростомумы могут испытывать ускорение до 14 g. Такой защитный механизм помогает распространять сигналы (например, сигнал опасности) в популяции и координировать коллективное поведение. И даже больше — за счёт упорядоченных сокращений сообщество спиростом высвобождает токсины, которые отталкивают хищников. — Collective intercellular communication through ultra-fast hydrodynamic trigger waves.
• Структурка, клеточная биология. Клеткам для выполнения ряда физиологических процессов важно поддерживать правильную организацию митохондрий. В этом помогают особые белки — Mgm1 у грибов и OPA1 у животных, которые обычно находятся в пространстве между внутренней и наружной мембранами митохондрий. Мутация или потеря этого белка вызывает слипание мембран и нарушение расположения крист внутри митохондрий, что может приводить к негативным последствиям. Например, потеря белка ОРА1 вызывает атрофию зрительного нерва. Учёные из Германии установили структуру этих митохондриальных белков. Выяснилось, что один из доменов таких белков позволяет остальным доменам-тетрамерам закручиваться по спирали и сдвигать внутреннюю и наружную мембраны митохондрий друг относительно друга. — Structure and assembly of the mitochondrial membrane remodelling GTPase Mgm1.
• Мутации, рак. Установлено, что 5-10% случаев рака молочной железы связаны с мутациями в конкретных генах — BRCA1 и BRCA2 (BReast CAncer). В норме эти гены обеспечивают репарацию ДНК и регулируют клеточные деления, но в случае нарушения своих функций запускают онкологический процесс. Учёные из Нью-Йорка попробовали разобраться, насколько критичным может быть влияние мутаций BRCA. Сравнение разных групп пациентов с прогрессирующими стадиями рака показало, что в целом мутантный BRCA — это необходимый инициатор опухолевого процесса. Но не всегда. В значительной части случаев мутации в BRCA являются биологически нейтральными. Учёные считают, что разница между разными типами событий после мутации в гене зависит от происхождения самой опухоли. — Tumour lineage shapes BRCA-mediated phenotypes, биомолекула: Рак молочной железы с семейной историей.
• Клеточная биология. Международная команда исследователей представила пилотный релиз атласа клеток печени. Данные для этого атласа удалось собрать с помощью секвенирования РНК из 10 тыс клеток печени, взятой у здоровых доноров. В результате учёные обнаружили ранее неизвестные типы клеток. Например, в популяции EPCAM⁺ были найдены разнородные клетки с разными фенотипами, а также клетки-предшественники с большим потенциалом восстановления. Более того, с помощью атласа удалось раскрыть фенотипические изменения, которые происходят в области карциномы или в регионах с приживлёнными тканями. — A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors.
• Транскриптом, клеточные линии. Вот ещё одна работа, посвящённая картированию клеточных линий. А точнее — установлению происхождения клеток эмбрионов асцидий. Эти хордовые уже давно используются учёными в качестве модельного объекта, на котором удобно изучать эволюционное происхождение клеток нервного гребня. Исследователи из Принстонского университета определили транскриптомы 90 тыс. клеток асцидий, которые охватывают почти все этапы зародышевого развития — от начала гаструляции до момента плавания головастиков. — Comprehensive single-cell transcriptome lineages of a proto-vertebrate.

Science #365 (6449) + онлайны: тайна отторжения плаценты, CAR-T на страже солидных опухолей и топографическая стратегия мозга

• Биология развития. Один из ключевых моментов эмбриогенеза — процесс слияния клеток наружного слоя (трофобласта) в многоядреный слой синцитиотрофобласта. Основная цель такого слияния — установление прочного контакта между зародышем и материнским организмом. Этот процесс контролируют особые гликопротеины — синцитины, которые кодируются достаточно древними генами. Интересно, что другие гены из этой древней группы обеспечивают слияние между вирусом и клеткой-хозяином. То есть в основе вирусного инфицирования и слияния зародышевых тканей с материнскими лежит один и тот же принцип. Однако за годы эволюции организмы выработали защитные механизмы, которые препятствуют слиянию вирусов с клетками. Один из таких механизмов — работа IFITM, интерферон-трансдуцированных мембранных белков. В новой статье учёные из Франции показали, что частой причиной гибели плода может являться работа белков IFITM — тех самых агентов, которые призваны защищать организм от вирусов. В случае вирусной инфекции во время беременности белки IFITM могут нарушать не только слияние вируса с клетками, но и блокировать связь между матерью и плодом, приводя к выкидышам. — IFITM proteins inhibit placental syncytiotrophoblast formation and promote fetal demise, Protecting fetal development.
• Иммунотерапия. В последнее время учёные делают ставку на технологию CAR-T (Chimeric antigen receptor—T cell). Суть её заключается в том, что мы можем «прокачивать» Т-лимфоциты, которые взяли из крови донора, и придавать им химерные антигенные рецепторы. В результате мы получаем Т-клетки, способные связываться, например, с раковыми клетками, и запускать иммунный ответ. Терапия с помощью CAR-T уже хорошо показала себя для лечения некоторых видов рака крови, но не для сóлидных опухолей. Американские исследователи продемонстрировали новый CAR-T подход для лечения именно твёрдых новообразований. Им удалось разработать особые амфифильные лиганды для Т-лимфоцитов, которые стимулировали непосредственно в микросреде лимфоузла. Это позволило увеличить терапевтическую активность CAR-T клеток в отношении твёрдых опухолей. — Enhanced CAR—T cell activity against solid tumors by vaccine boosting through the chimeric receptor, Boosting engineered T cells, биомолекула: CAR T-клетки, получаемые in situ (in vivo), — путь к удешевлению и широкодоступности технологии?
• Вычислительная биология. В своей новой работе биоинформатики предлагают свежий подход к составлению протеомных карт. Охват исследования впечатляет — всего учёные проследили коэволюцию между 5,4 млн. пар белков E. coli и 3,9 млн. пар Mycobacterium tuberculosis. Сравнение с контрольными значениями показывает, что данный подход выявляет неожиданные или ранее неизвестные белковые взаимодействия — 682 и 911 белок-белковых пар, соответственно. Дальнейшее развитие таких протеомных карт может стать отправной точкой для создания полноценных библиотек взаимодействий между белками. — Protein interaction networks revealed by proteome coevolution, Mapping global protein contacts.
• Нейробиология, поведение. Скоординированные движения возможны в том случае, когда мозг правильно анализирует положение тела в пространстве. Принято считать, что за пространственную ориентацию отвечают конкретные участки гиппокампа. Но вот где именно сходятся «навигационные» нейронные пути, долгое время оставалось неясным. Американские учёные, проводившие эксперименты на лабораторных крысах, обнаружили особую популяцию клеток, которые способствуют пространственному обучению. Анализ нейронной активности мозга крыс показал, что такие клетки находятся в зоне постринальной коры — области мозга, которая граничит с энториальной корой и носовой полостью. Взаимодействие клеток постринальной коры способствует превращению сенсорного восприятия пространства у животного в нейронную пространственную карту, что позволяет корректно оценивать положение тела. — A sense of space in postrhinal cortex, биомолекула: Allen Brain Atlas: транскриптом мозга.
• Диетология, микробиом. Дети в экономически бедных регионах часто страдают от недоедания. При этом задержка в росте и развитии органов может быть связана не только с недостатком питательных элементов, но и с нарушением естественной микробиоты кишечника. Часто дети с синдромом острой недостаточности питания даже после лечения испытывают проблемы с нормальным перевариванием еды. Международная команда исследователей (среди них, кстати, есть учёные из России) разработала специальные рационы лечебного питания, которые способствуют нормальному развитию зрелой микробиоты. Эта диета уже была проверена на животных и показала положительные результаты. — Effects of microbiota-directed foods in gnotobiotic animals and undernourished children.
• Эволюция, расселение видов. Крупный рогатый скот был одомашнен примерно 10,5 тыс лет назад на территории плодородного полумесяца, но более точное происхождение современных быков и коров оставалось неясным. Генетический анализ 67 одомашненных коров показал, что их ближневосточными предками были дикие быки подвида зебу (Bos indicus). После одомашнивания потомки зебу мигрировали через территорию современной Турции в южные, а затем и в центральные районы Европы. Но откуда появились сами быки зебу? Учёные полагают, что причиной появления этих густошерстных животных с характерным горбом стало изменение климата. Засуха на Ближнем Востоке, которая началась 4,2 тыс лет назад, заставила местные виды быков приспособиться к новым условиям. — Ancient cattle genomics, origins, and rapid turnover in the Fertile Crescent.