Нейробиология

Белок APP1, ответственный за развитие болезни Альцгеймера, играет важную роль в нейрогенезе коры головного мозга человека

Головной мозг человека по размеру значительно превосходит мозг других видов приматов. Кора головного мозга, или неокортекс, составляет две трети размера мозга и характеризуется широким разнообразием типов клеток, их морфологии и функций. Развитие неокортекса обеспечивается работой клеток-предшественников, которые выполняют функцию стволовых клеток и активно делятся в течение длительного времени, обеспечивая созревающую кору гораздо большим количеством нейронов, чем у других видов животных. Удивительная способность этих нейрогенных клеток сохранять такой пролиферативный потенциал связана со способностью долгое время оставаться в состоянии клеток-предшественников. Предшественник бета-амилоида (APP1) печально известен благодаря основной роли в патогенезе болезни Альцгеймера, при которой накопление этого белка приводит к нарушению передачи нервного импульса между клетками и провоцирует их массовую гибель. Однако, несмотря на очевидную роль в развитии нейродегенерации, биологическая функция APP1 в норме остается неясной. Shabani и соавторам из Университета Сорбонны в Париже удалось установить, что APP1 необходим для того, чтобы нейрогенные клетки оставались в состоянии предшественника, так как нокаут гена, кодирующего этот белок, приводит к нарушению дифференцировки нервных клеток. Судя по всему, это особенность свойственна только для человеческого мозга, так как у других животных потеря APP1 не приводит к подобным нарушениям. Активность APP1 в клетках-предшественниках связана с подавлением одного из транскрипционных факторов AP1 (activating protein-1), регулирующих клеточный сигнальный путь через белок Wnt, знаменитый участием в эмбриогенезе и дифференцировке клеток. Полученные данные проливают свет на функции APP1 в мозге человека. — The temporal balance between self-renewal and differentiation of human neural stem cells requires the amyloid precursor protein, «Биомолекула»: «Заговор с целью нейродегенерации: бета-амилоид и тау-белок», «Агрегация белков – смерть или выживание?».

Биохимия

Обнаружены несколько активных конформаций важной для роста и метаболизма протеинкиназы PDK1

Протеинкиназа PDK1 занимает особое место во внутриклеточном сигналинге, поскольку активирует более двух десятков мишеней, в большинстве своем — тоже ферментов-киназ. Одной из важнейших мишеней PDK1 является протеинкиназа Akt (она же протеинкиназа B) — один из главных регуляторов обмена веществ. Для того, чтобы PDK1 выполнила свою функцию и активировала мишень путем присоединения к ней остатка фосфорной кислоты, белок должен связаться со специальным доменом в PDK1, который называется PIF-карман. Оказалось, что этот домен способен образовывать по крайней мере три различных стабильных конформации, специфичных в отношении разных субстратов. Для того, чтобы обнаружить это, Sacerdoti и международная группа ее соавторов использовали различные ингибиторы, позволяющие поочередно «отключать» каждую из конформаций фермента. Поскольку PDK1 играет важную роль и в метаболических процессах, и в регуляции роста и пролиферации, открытие специфичных конформаций фермента в отношении конкретных протеинкиназ позволит разрабатывать более специфичные лекарственные препараты, лишенные целого ряда побочных эффектов, в том числе риска развития онкологических заболеваний. — Modulation of the substrate specificity of the kinase PDK1 by distinct conformations of the full-length protein.

Иммунология

Угнетение врожденного иммунитета провоцирует заражение периферических органов при COVID-19

Инфекция SARS-CoV-2 может распространяться от очага заражения в дыхательных путях к периферическим органам. Carrau и ее коллеги из Нью-Йоркского университета показали, что врожденная иммунная система организма способна предотвращать распространение инфекции в дистальные органы и ткани. Ученые использовали в качестве экспериментального животного золотистого хомяка, зарекомендовавшего себя в качестве модельного объекта при изучении COVID-19 благодаря схожему строению ангиотензинпревращающего фермента 2-го типа (АПФ2), с которым взаимодействует SARS-CoV-2 для того, чтобы проникнуть в клетку. Интраназальное введение вируса вызывало распространение инфекции, которое ограничивалось, в основном, дыхательными путями, обонятельным эпителием и в меньшей степени — сердцем и желудочно-кишечным трактом. При этом инфекция вызывала противовирусный ответ в каждом из этих органов, который сопровождался повышением уровня интерферонов 1-го и 3-го типов. Однако подавление иммунного ответа вызывало распространение вирусных частиц далеко за пределы дыхательной системы: инфекция выявлялась в тканях почек, печени, селезенки и головного мозга. Таким образом, авторы предполагают, что продуктивная инфекция дыхательных путей необходима для обеспечения эффективного противовирусного ответа на уровне всего организма. — Delayed engagement of host defenses enables SARS-CoV-2 viremia and productive infection of distal organs in the hamster model of COVID-19, «Биомолекула»: «Новые ущербы от инфекции SARS-CoV-2 за пределами дыхательной системы», «Хроника распространения SARS-CoV-2».

Вирусология

Полиомиелит вакцинного происхождения: что известно о способах борьбы с вирусом

Полиомиелит — вирусное заболевание, которое оказалось практически полностью побеждено благодаря повсеместному использованию вакцин. За последний год описан всего 21 случай заболевания в таких странах, как Афганистан, Пакистан и Мозамбик. Вакцина, используемая против полиомиелита, состоит из штаммов трех типов вируса, представленных в ослабленной форме. К сожалению, в последнее время участились случаи развития полиомиелита, причиной которого стал переход ослабленного вакцинного штамма в активную вирусную форму. За последний год зарегистрировано 665 случаев в 23 странах. В последнем выпуске Nature Andrew Macadam и его коллеги представляют исследование, посвященное разработке оральных вакцин (nOPV22) против 2-го типа вируса. Используя генно-инженерные подходы, ученым удалось снизить вероятность перехода аттенуированного вируса в активную форму. Исследователи сравнивают активность своей вакцины с уже существующей вакциной nOPV2 против типов 1 и 3. Таким образом, если испытания пройдут успешно, охваченными окажутся все типы вируса. Несмотря на гораздо более высокую стабильность новых вакцин, исследователи все еще наблюдают единичные случаи перехода вирусов, содержащихся в них, в активную инфекционную форму. Ученые связывают эти случаи с недостаточным охватом вакцинацией населения некоторых стран, поскольку случаи полиомиелита в основном наблюдаются в странах, где борьба с вирусом носит несистемный и нерегулярный характер. Причинами вспышек также может быть пандемия COVID-19, на ликвидацию которой ряд стран был вынужден направить все свободные ресурсы, ослабив борьбу с другими вирусными заболеваниями. Низкий уровень жизни населения и вооруженные конфликты также негативно сказываются на вакцинации населения таких стран. Кроме того, ряд специалистов отмечает, что оптимизм, вызванный победой над полиомиелитом дикого типа, вызывает ложное ощущения безопасности у представителей здравоохранения. Тем не менее, у ученых есть инструменты для дальнейшей борьбы с вирусом. Macadam и его коллеги параллельно разрабатывают вакцину, в которой живой вирус будет отсутствовать, что сделает невозможным возникновение инфекции после прививки. — Vaccine-derived polio is undermining the fight to eradicate the virus, «Биомолекула»: «Полиомиелит: убийца из XX века», «История вакцинации».

Микробиология

Микробиом матери может влиять на скорость развития мозга новорожденного

Матери, которые рожают детей естественным путем, передают им зачатки микробиома. Микробиом кожи, слизистых оболочек и кишечника играет важнейшую роль в иммунной защите организма, обмене веществ и даже в развитии нервной системы новорожденных. Отсутствие штаммов микроорганизмов, необходимых для нормальной микробиоты, при рождении детей с помощью кесарева сечения вызвали в свое время активное обсуждение способов «привить» материнскую микробиоту новорожденным. Одним из таких способов стала практика использовать вагинальные мазки матери для образования здоровой микробиоты у ребенка. В последнем номере Nature редакция приводит обзор основных результатов нескольких научных групп, которые изучали влияние использования вагинальных мазков матери на развитие разных систем организма новорожденных детей. В этих исследованиях ученые сравнивали детей, рожденных с помощью кесарева сечения, с аналогичными детьми, которые после рождения получали материнские вагинальные мазки. У детей с материнскими мазками быстро формировалась здоровая микробиота, и это действительно способствовало более быстрому развитию нервной системы. Однако ученые с осторожностью относятся к полученным результатам, так как большая часть исследований, известных на настоящий момент, не оценивает долгосрочные последствия влияния нормальной микробиоты на скорость развития организма. Исследователи предполагают, что по прошествии нескольких лет совсем незначительное отставание в развитии детей, рожденных с помощью кесарева сечения, но без материнской микробиоты, исчисляемое скорее неделями, чем месяцами, едва ли повлияет на развитие мозга ребенка: «Вряд ли это помешает вашему ребенку поступить в Гарвард» — шутят ученые. Тем не менее, проблема влияния микробиоты на развитие новорожденного не должна быть недооценена и требует еще большего количества исследований. — Mum’s microbes might boost brain development of c-section babies, «Биомолекула»: «Микробиом кишечника: мир внутри нас», «Мигранты микромира: почему плацента стала домом для бактерий?», «Рожденные кесаревым сечением младенцы не получают ключевых микробов?».

Зоология

«Бесчешуйные» змеи помогли ученым раскрыть механизмы формирования чешуи

Формирование покровных тканей позвоночных животных — очень сложный процесс, требующий детального изучения. Группа ученых из Университета Женевы (Швейцария) представила в журнале Science свою работу, посвященную изучению механизмов формирования чешуек у змей вида Pantherophis guttatus (маисовый полоз, или пятнистый лазающий полоз). У этих змей спина и бока полностью покрыты очень правильной шестиугольной решеткой чешуек, в то время как брюшная полость покрыта одним столбцом крупных регулярно расположенных чешуек. Используя CRISPR-Cas технологии, ученые определили и «отключили» гены, участвующие в формировании чешуи правильной формы, и вывели «бесчешуйных» змей (см. рисунок ниже). Оказалось, что «бесчешуйных» змей, у которых отсутствовала чешуя на спине и боках, в результате вмешательства сохранилась нормальная чешуя на брюшной стороне, что говорит о разных механизмах формирования этих двух видов чешуи. Ученые также отмечают, что формирование чешуи связано с образованием миотома, мышечного сегмента, расположенного непосредственно под чешуей. Вместе дерматом и миотом формируют сомит, то есть сегмент тела позвоночного животного, определяя при этом внешние отличительные признаки, например, воспроизводство рисунка чешуи. Ученые предполагают, что эволюция механизмов формирования чешуи шла параллельно с эволюцией всего сомита, что обеспечивало выравнивание ребер и чешуи, что критически важно при передвижении змей. — Somitic positional information guides self-organized patterning of snake scales.

Ботаника

Характер расположения листьев древних плаунов сильно отличается от их современных потомков

Боковые органы растений, такие как листья и ряд репродуктивных структур, располагаются в соответствии с четкой схемой, определяемой филлотаксисом. Расположение листьев большинства современных растений математически описывается так называемыми рядами Фибоначчи. Группа ученых из Великобритании и Германии изучила расположение боковых органов ископаемых растений раннедевонского периода Asteroxylon mackiei из отдела Плауновидных (Lycopodiophyta). Оказалось, что расположение листьев этого растения не описывается рядами Фибоначчи. Кроме того, ученым удалось установить, что листья плаунов произошли от репродуктивных структур, а не эволюционировали de novo. Плауны считаются очень древней группой растений — одной из первых, освоивших сушу. Поэтому они по праву считаются вероятными предками большинства современных высших споровых и семенных растений. Открытие ученых позволяет сделать вывод о том, что предки современных растений могли иметь совсем другой тип расположения листьев, а характерный тип филлотаксиса современных растений мог получить распространение уже на более поздних этапах эволюции. — Leaves and sporangia developed in rare non-Fibonacci spirals in early leafy plants.

Экология

Изучение уязвимых популяций рифовых акул исследователями из международного проекта Global FinPrint

Многие виды акул в настоящее время находятся под угрозой полного исчезновения. Simpfendorfer и соавторы сообщают о результатах своих исследований и делятся соображениями о способах восстановления численности вымирающих популяций. Авторы статьи — члены масштабного международного проекта Global FinPrint Project, суть которого состоит в сборе и анализе информации о состоянии популяций разных видов морских животных. Исследователи взяли на вооружение простой и эффективный инструмент: небольшие удаленные видеостанции, представляющие собой, по сути, аналог фотоловушек. Для решения этой задачи требуется слаженная работа множества научных групп как для сбора данных со всего мира, так и для анализа огромного объема информации.

Simpfendorfer и соавторы показали, что численность пяти самых распространенных видов рифовых акул сократилась на 73% за исследованный период. Также было показано, что отдельные виды рифовых акул не обнаружены на 34–47% территории исследованных рифов. Снижение численности акул привело к увеличению количества скатов, которые начали занимать пустеющую экологическую нишу. Тем не менее, скаты не могут заменить рифовых акул в пищевых цепях, поэтому их исчезновение может спровоцировать глобальную экологическую катастрофу. Речь идет в том числе об угрозе снижения численности многих видов промысловых рыб, что может иметь угрожающие экономические последствия.

Авторы также отмечают, что меры, которые принимают правительства некоторых государств в области защиты вымирающих видов морских животных, действительно помогают: в водах этих стран сохраняется видовое разнообразие рифовых акул. Совершенствование законодательства в области охраны окружающей среды может иметь многообещающие экономические последствия для тех стран, политики которых относятся к экологическим нормам не как к досадным помехам на их профессиональном пути. — Widespread diversity deficits of coral reef sharks and rays, «Биомолекула»: «Как предсказать будущее кораллового рифа?».