Молекулярка

Новые представления о первых этапах эволюции биомолекул

Концепция мира РНК является одним из наиболее фундаментальных столпов теории происхождения жизни. Однако вопрос, как этот мир РНК затем продвинулся на следующую стадию, в которой белки стали катализаторами жизни, а РНК свела свою функцию преимущественно к хранению информации, остается открытым. В недавнем исследовании ученые показывают, что неканонические основания РНК, которые сегодня встречаются в транспортных и рибосомальных РНК и считаются реликтами мира РНК, способны устанавливать синтез пептидов непосредственно на РНК. Описанный учеными механизм заключается в создании сложных РНК-химерных молекул, украшенных пептидами, что дает основание предполагать существование РНК-пептидного мира, благодаря которому, возможно, возник синтез рибосомных пептидов. — A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world, «Биомолекула»: «РНК: начало (мир РНК)», «Кодирующие некодирующие РНК».

Редактирование митохондриальной ДНК зашло слишком далеко

Пару лет назад был описан механизм CRISPR-free редактирования митохондриального генома. Эта технология была названа в честь вещества DddA, которое используется в природе для нейтрализации бактерий путем замены всех цитозинов на урацил, что делает геном бактерий нефункциональным. Повышение специфичности этого метода ранее позволило ученым предложить способ редактирования генома митохондрий, что позволило бы приблизиться к терапии заболеваний, связанных с нарушением работы митохондрий. Однако общегеномная специфичность этого метода оказалась плохо изученной. В недавнем исследовании ученым удалось показать, что подобный метод редактирования митохондриального генома индуцирует обширное нецелевое редактирование в ядерном геноме. В статье ученые объясняют механизм подобного эффекта и предлагают способы усовершенствования редактирования митохондриального генома, чтобы смягчить такой нецелевой эффект. — Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations, «Биомолекула»: «Тайная жизнь митохондрий».

Новые структуры жизненно важных белков

Белки нередко формируют морфологию клеточных мембран и способствуют их ремоделированию в ответ на физиологические и экологические сигналы. Например, такими белками являются кавеолины — группа мембранных белков рецептор-независимого эндоцитоза. В недавнем исследовании ученым удалось приблизиться к пониманию структурной основы активности кавеолина благодаря получению структуры этого белка методом криоэлектронной микроскопиии. Структурное понимание открывает ранее неизвестный механизм взаимодействия белков с мембранами и показывает, как ключевые области кавеолина-1, включая его каркас и внутримембранные домены, а также его олигомеризация способствуют функционированию этого мембранного белка. — Molecular architecture of the human caveolin-1 complex, «Биомолекула»: «Кавеолы: уникальные „порталы“ клеточной мембраны».

О том, как связаны биливердин и память

Биливердинредуктаза (BVR) и ее продукт билирубин выполняют важнейшие функции в печени и антиоксидантные, нейропротекторные функции в головном мозге. Недавно ученые обнаружили дополнительную синаптическую роль BVR, которая не зависела ни от билирубина, ни от биливердина. Оказалось, что BVR физически связывает киназы фокальной адгезии с эффекторной киназой в синапсах в гиппокампе мыши. Этот молекулярный мост позволил передавать сигналы между этими киназами, а затем и к NMDA-рецепторам, которые опосредуют изменения синаптической силы в ответ на изменение входных сигналов. Такой клеточный процесс, называемый синаптической пластичностью, лежит в основе обучения. Мыши, у которых отсутствовал BVR, имели нарушенную передачу сигналов фокальных контактов и демонстрировали дефицит производительности в различных когнитивных тестах. Удивительно, но этот механизм не требовал каталитической функции BVR. — Biliverdin reductase bridges focal adhesion kinase to Src to modulate synaptic signaling.

Биохимия и физиология растений

Таинственные алкалоиды Гальбулимима

Тропическое растение из рода Galbulimima известно психоактивными алкалоидами, структурно связанными с химбацином, антагонистом мускариновых рецепторов. Однако ранее действие метаболитов этого растения на наш организм было ограничено из-за малого количества выделяемого вещества и ограничений его искусственного синтеза. Недавно удалось применить новые методы выделения этого алкалоида и получить доступ к сложной структуре этого вещества. Кроме того, ученые показали мощный антагонистический эффект этих метаболитов на каппа- и мю-опиоидные рецепторы и заложили основу для навигации и понимания биологической активности метаболитов Галбулимима. — Synthesis and target annotation of the alkaloid GB18.

Транскрипционные факторы и создание более урожайных растений

Архитектура растений и соцветий определяет потенциал урожайности сельскохозяйственных культур. Селекционеры используют естественное разнообразие соцветий, чтобы повысить урожайность. Индуцированная генетическая изменчивость может обеспечить увеличение урожая. Ученым удалось найти полудоминантные аллели пшеницы — HOMEOBOX DOMAIN-2 (HB-2). Пшеница с повышенной экспрессией HB-2 производит больше цветоносных колосков, из-за чего содержание белка в зерне повышается. Дальнейшее повышение экспрессии HB-2 связано с изменением в развитии листьев и сосудов пшеницы, а также с увеличенным поступлением аминокислот в соцветие во время развития зерна. — MicroRNA-resistant alleles of HOMEOBOX DOMAIN-2 modify inflorescence branching and increase grain protein content of wheat.

Зоология

Красочные хамелеоны

В недавнем исследовании ученые пронаблюдали за хамелеонами Джексона, завезенными из Кении на Гавайи (Оаху), и заметили удивительную особенность — в отсутствие хищников их окраска становится ярче. Из-за ослабления давления хищников интродуцированные в новые условия хамелеоны могут позволить себе более яркую расцветку во время брачных игр, соревнуясь за самок. Сравнение кенийских и гавайских хамелеонов показало: во время особи с Оаху демонстрируют более пеструю окраскую и лучше заметны на фоне окружающей среды, чем их сородичи из Африки. — Invasive chameleons released from predation display more conspicuous colors.

Физиология человека и здоровье

Новые представления о том, что делает коронавирус в клетке

SARS-CoV-2, как и другие коронавирусы, создает связанную с мембраной репликационную органеллу, обеспечивающую репликацию РНК. Эта органелла состоит из двумембранных пузырьков, связанных с эндоплазматическим ретикулумом тонкими мембранными соединениями. При этом вирусные белки и вовлеченные белковые факторы клетки-хозяина, работающие в этих везикулах, до настоящего времени были неизвестны. Недавно исследователям удалось идентифицировать вирусные неструктурные белки (NSP), которые генерируют репликационные органеллы SARS-CoV-2. NSP3 и NSP4 генерируют двумембранные везикулы, в то время как NSP6 «застегивает» мембраны ЭПР на этих везикулах. Полученные данные потенциально могут стимулировать поиск широкого спектра противовирусных средств. — The role of INSP6 in the biogenesis of the SARS-CoV-2 replication organelle, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.

Сонные открытия

Во время REM-фазы сна, которая отличается быстрыми движениями глаз, эмоциональные воспоминания конценрируются в префронтальной коре головного мозга. Во сне мы не задумываемся о происходящей в нашей голове процессах, однако ученые исследовали влияние быстрого сна на клеточную и субклеточную активность. Авторы недавней статьи количественно оценили, как различается соматическая и дендритная активность у мышей во время бодрствования, быстрого и небыстрого сна, и исследовали, как интернейроны вызывают эти различия. Далее они определили специфическую область в таламусе, которая активирует субпопуляцию интернейронов, которые отделяют дендрит от соматического выхода. Им удалось выяснить, как с помощью оптогенетического вмешательства во время быстрого сна можно усилить или ослабить обучение, связанное с распознаванием состояний опасности и безопасности. — Paradoxical somatodendritic decoupling supports cortical plasticity during REM sleep, «Биомолекула»: «Тайны голубого пятна».

Жизнь бактерий и экспрессия их генов внутри нашего кишечника

Бактерии в кишечнике реагируют друг на друга, а также влияют на питание и иммунную систему своего хозяина. До недавнего времени понимание изменений экспрессии бактериальных генов в кишечнике оставалось неясным. В новой статье ученые описывают метод записи экспрессии генов на основе CRISPR (Record-seq), чтобы зафиксировать изменения транскрипции, которые происходят в бактериях Escherichia coli, когда они проходят через кишечник. Секвенирование этих записей ДНК выявило характерные проявления, основанные на содержании пищи, хозяина и микробиоты на разных уровнях кишечника. Это исследование дает дополнительные представления о том, как диета, воспаление и микробные взаимодействия в организме влияют на состояние кишечной микробиоты. — Noninvasive assessment of gut function using transcriptional recording sentinel cells, «Биомолекула»: «Новые функции кишечной микрофлоры».

Транскриптомный атлас клеток организма человека

Tabula Sapiens — это молекулярный справочный атлас для более чем 400 типов клеток человеческого организма. Он был разработан совсем недавно группой ученых, которые применили метод одноклеточной транскриптомики для измерения молекул мРНК в каждой из почти 500 000 клеток из 24 тканей и органов. Эти данные позволяют по-новому взглянуть на то, как геном определяет различия типов клеток в человеческом организме. Помимо подробного молекулярного описания разных типов клеток, атлас раскрывает многие другие аспекты биологии человека — например, разницу в сплайсинге одного и того же гена в разных клетках, тонкие различия между общими типами клеток в разных органах и развитие клеток иммунной системы в разных тканях. — The Tabula Sapiens: A multiple-organ, single-cell transcriptomic atlas of humans, Single-nucleus cross-tissue molecular reference maps toward understanding disease gene function, Mapping cell types across human tissues.

Иммунные клетки отдельных органов

Иммунная система человека состоит из множества различных типов клеток, разбросанных по всему телу, но в настоящее время мало что известно о вариациях этих типов клеток в разных органах. Используя одноклеточную геномику, ученые исследовали профиль экспрессии генов более чем 300 000 отдельных иммунных клеток, выделенных из 16 различных тканей у 12 умерших взрослых доноров органов. Идентификацию клеток проводили с помощью Cell Typist, автоматизированного инструмента классификации клеток, разработанного авторами. Углубленный анализ данных позволил получить представление о том, как иммунная система адаптируется для эффективного функционирования в разных органах. — Cross-tissue immune cell analysis reveals tissue-specific features in humans.

Нестареющие нейроны

С возрастом нервная система все хуже восстанавливается после травм. Однако молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе снижения зависимой от старения регенерации, остаются недостаточно изученными. В недавнем исследовании ученые использовали секвенирование РНК и методы визуализации для изучения ганглиев дорсального корешка на мышиной модели повреждения седалищного нерва. По сравнению с молодыми мышами, поврежденные сенсорные нейроны дорсального корневого ганглия у старых мышей экспрессировали более высокие уровни хемокина CXCL13, который привлекал CXR5+CD8+ Т-клетки. Перекрестный ток Т—клеток и нейронов активировал каспазу 3, которая нарушала передачу сигналов pAkt и pS6, вызывая регенеративную недостаточность. Когда работа каспазы 3, CXCR5 или CXCL13 была изменена, исследователям удалось восстановить регенерацию и восстановление нейронов у старых мышей до уровней, сопоставимых с их более молодыми сородичами. — Reversible CD8 T cell–neuron cross-talk causes aging-dependent neuronal regenerative decline, «Биомолекула»: «Регенерация на кончиках пальцев».

Ремоделинг хроматина и развитие опухолевых клеток

Белковые комплексы COMPASS и Polycomb способны ремоделировать хроматин. Эти комплексы являются антагонистами и часто инактивируются при раке. В новом исследовании ученые проследили, как именно инактивация этих комплексов влияет на клеточную иерархию раковых клеток и рост опухолей. — Regulation of developmental hierarchy in Drosophila neural stem cell tumors by COMPASS and Polycomb complexes, «Биомолекула»: «Соревнуясь с раком».

Аутофагия против остеоартрита

Патологическая кальцификация хряща играет важную роль в прогрессировании остеоартрита. При этом происхождение кальцифицированных внеклеточных пузырьков и их роль в развитии заболевания долгое время оставались неизвестными. Недавно ученым удалось показать, что при патологической кальцификации хряща аутофагосомы, несущие минералы, высвобождаются во внеклеточные пузырьки, что запускает процесс кальцификации. Также исследователи проследили механизм этого процесса. — Autophagic LC3+ calcified extracellular vesicles initiate cartilage calcification in osteoarthriti.