Nature #591 (7849) + онлайны: мозаичные скопления, растительный иммунитет и ускользающий эффект вакцинации

• SARS-CoV-2. Для сдерживания темпов распространения коронавируса важно оценивать чувствительность антител к мутировавшим штаммам SARS-CoV-2. Британские исследователи провели сравнительный анализ иммунного ответа пациентов, привитых мРНК-вакциной BNT162b2, после первой и второй иммунизации. В эксперименте использовали псевдовирус, экспрессирующий Spike-белок — наличие этого белка было достаточным условием, чтобы у испытуемых началась иммунная реакция. Результаты показали, что титр нейтрализующих антител, способных противостоять штамму B.1.1.7 — тому самому, который вызвал пандемию COVID-19 — были снижены у иммунизированных пациентов. Более того, добавление к псевдовирусу мутации E484K, благодаря которой SARS-CoV-2 ускользает от иммунного надзора, еще сильнее снижает выработку антител. Этот эксперимент доказывает наличие слабых мест в вакцинации с использованием BNT162b2. — Sensitivity of SARS-CoV-2 B.1.1.7 to mRNA vaccine-elicited antibodies, «Биомолекула»: SARS-CoV-2.
• Структурка. У биологов нет четкого понимания того, как устроены белковые комплексы на хромосомах дрожжей. Американские исследователи применили последовательный подход для изучения белковой архитектуры Saccharomyces cerevisiae: в результате выделения хроматиновых белков, их расщепления и дальнейшего секвенирования ДНК удалось идентифицировать 21 группу примерно из 400 белков, связанных с хромосомными перестройками. Оказывается, большинство промоторов, связанных с генами РНК-полимеразы, в процессе эволюции лишились регуляторной области. Такие промоторы содержат свободную от протеасом область, которая связывает фактор инициации транскрипции. Эти данные показывают, что в хромосомах дрожжей функционирует высокоинтегрированная сеть регуляции генов. — A high-resolution protein architecture of the budding yeast genome, «Биомолекула»: «Хроматин — сенсор повреждений ДНК, «Неуловимая архитектура хроматина мухи».
• Физиология, передача сигналов. Сетчатка — внутренняя оболочка глаза, которая обеспечивает восприятие и первичную обработку зрительных сигналов. Это становится возможным благодаря мозаичной организации ганглиозных клеток сетчатки. Многие мозаики представляют собой «пары», которые передают сигналы либо об увеличении («включение»), либо об уменьшении («выключение») сигнала. С помощью моделирования удалось понять, как разные пары мозаичных скоплений располагаются в сетчатке глаза. Выяснилось, что для эффективного зрительного восприятия мозаичные пары «включения» и «выключения» не выровнены между собой — это значит, что центры воспринимающих сигналов в мозаиках расположены на значительном расстоянии друг от друга. — Inter-mosaic coordination of retinal receptive fields, «Биомолекула»: «Как сетчатка распознаёт движение».
• Палеонтология, зоология. Пескоройки, или аммоцеты (Ammocoetes) — личинки миног, которых изучают для лучшего понимания процесса происхождения позвоночных. Проблема в том, что до недавнего времени зоологи имели дело только с современными пескоройками. Однако в новой статье Nature специалисты из США сообщают о личиночных и ювенильных формах четырех родов миног палеозойской эры на разных стадиях развития — от едва вылупившихся до вполне взрослых особей. Личинки всех четырех родов лишены характерных особенностей строения современных аммоцетов; вместо этого у древних организмов присутствуют характерные черты взрослых миног — выпуклые глаза, жаберные мешки и сформированный рот с острыми зубами — признак активной добычи пищи. Это доказывает, что современные миноги прошли специализированный эволюционный путь, а общим предком у миног и миксин были хищники-макрофаги, способные самостоятельно захватывать добычу. — Non-ammocoete larvae of Palaeozoic stem lampreys.
• Физиология растений, иммунитет. Иммунная система растений активируется в результате работы двух типов рецепторов — поверхностных и внутриклеточных. Поверхностные рецепторы идентифицируют патогены из внешней среды, а внутриклеточные рецепторы начинают передавать сигналы в ответ на появление эффекторных белков, которые синтезируются чужеродными объектами внутри растительной клетки. До последнего времени более изученной оставалась работа внешних рецепторов, а внутриклеточные оставались в тени наблюдений. Благодаря новой работе физиологам растений удалось обнаружить взаимосвязь между двумя рецепторными системами и проанализировать их совместное действие на примере арабидопсиса. Выяснилось, что первичное распознавание патогена внешними рецепторами активирует протеинкиназы и НАДФН-оксидазы. Вслед за этим в дело включаются внутриклеточные рецепторы, которые усиливают работу ферментов, что увеличивает силу иммунного ответа растения. — Mutual potentiation of plant immunity by cell-surface and intracellular receptors, «Биомолекула»: «Модельные организмы: арабидопсис».
• Физиология растений, иммунитет. Еще одна статья, в которой разбирают иммунитет растений — на этот раз с позиции двухуровневого ответа. Врожденная иммунная система растений работает в два этапа: после распознавания микробных паттернов на поверхности клеток активируется первичный ответ, а затем благодаря внутриклеточным NLR-рецепторам и эффекторным белкам включается внутренний ответ. Оба типа иммунитета, запускаемые внешними и внутренними сигналами, обладают разными механизмами активации и включают отличные друг от друга сигнальные каскады. Однако в новом исследовании удалось обнаружить общие точки соприкосновения между двумя типами иммунитета. Во-первых, у арабидопсиса с мутациями в конкретных генах заражение бактериями псевдомонаса Pseudomonas syrinage (внешний сигнал) нарушает работу NLP-рецепторов (внутренние сигналы). Во-вторых, продукция активных форм кислорода посредством НАДФН-оксидазы оказалась критическим ранним событием, которое связывает внутриклеточные и межклеточные сигнальные каскады. В-третьих, передача внутренних NLR-сигналов увеличивает уровни белков ключевых компонентов внешних паттерн-индуцированных рецепторов. Все эти выводы объединяют два основных типа иммунного ответа у растений в сложный сигнальный каскад. — Pattern-recognition receptors are required for NLR-mediated plant immunity.
• Эмбриология, генетика. В процессе развития эмбриона в плаценте могут наблюдаться хромосомные перестройки, которые отсутствуют у плода. Это явление называется плацентарным мозаицизмом, и причины возникновения таких аберраций остаются неизвестными. Британские биологи исследовали филогению клеток из 86 образцов плаценты млекопитающих с помощью метода полногеномного секвенирования. Выяснилось, что каждый отдельный образец плаценты генетически отличается от остальных и демонстрирует геномный ландшафт, который по мутациям напоминает раковые клетки. Геномы разных плацентарных клеток зачастую кодируют изменения в количестве копий. Получается, что узкое место эмбрионального развития — генетическая изоляция плаценты и разделение между клетками трофэктодермы и клетками-клонами, происходящими из внутренней массы. — Inherent mosaicism and extensive mutation of human placentas, «Биомолекула»: «Многоликая и уникальная: плацента в лабиринте эволюции», «Синтетическая хромосома», «Фетальная генная терапия: от теории — к практике».
• COVID-19 и беременность. Данных о безопасности вакцинации беременных все еще недостаточно — в ранние клинические испытания эту группу не включали. Однако в Nature опубликовали мнение врачей, которые высказывают свои прогнозы относительно возможных рисков развития плода у матери, не привитой от SARS-CoV-2. Образцы пуповины, плаценты и крови матери и ребенка показывают, что вирус редко передается плоду. На примере сравнения здоровых и больных COVID-19 беременных женщин объясняют возможные последствия: риски неонатальной гибели и материнской смертности — очень низкие, в пределах 0–1%, а вероятность преждевременных родов — в несколько раз выше (6–16%). В целом, беременные женщины с коронавирусом подвержены более высокому риску госпитализации, чем здоровые пациентки этого же возраста. — Pregnancy and COVID: what the data say.
• Морские обитатели. В рассылке Nature рассказали про морских слизней, которые гильотинируют сами себя. Когда моллюсков заражают паразиты, они отрубают себе голову, отбрасывают все ненужное и за три недели выращивают новое тело, свободное от инфекции. Оригинал статьи с видео самостоятельно передвигающейся головы морского слизня опубликованы в журнале Cell. — Extreme autotomy and whole-body regeneration in photosynthetic sea slugs.

Science #371 (6534) + онлайны: дрожжевой захват, легочная стратегия и точная терапия

• Экология, гидробиология. Изменения климата происходят в том числе из-за антропогенного влияния на речные стоки. В результате деятельности человека могут возникать экстремальные изменения гидросферы. Международная команда исследователей проанализировала тысячи моделей речных потоков, чтобы объяснить антропогенное влияние на водный цикл и на глобальные изменения климата. — Globally observed trends in mean and extreme river flow attributed to climate change, Who is stirring the waters?
• Физиология, микробиом. В развитии воспалительных заболеваний кишечника — язвенном колите и болезни Крона — важную роль играет микробиота. Обычно при лечении ЖКТ обращают внимание на микробное сообщество, игнорируя популяции грибков. Однако воспалительные процессы кишечника тесно связаны с населяющими их дрожжами, разрастание популяции которых может препятствовать заживлению слизистой. Антибиотикотерапия пациентов с колитом и болезнью Крона приводит к нарушению баланса в микробиоте: микроорганизмы гибнут от лекарства, а их нишу занимают дрожжи Debaryomyces hansenii. Эта дрожжевая колонизация кишечника усиливает воспаление и блокирует передачу сигналов, необходимых для лечения повреждений слизистой. Способ проникновения этих грибков в организм пока неизвестен — возможно, Debaryomyces hansenii — внутренние симбионты, но не исключено, что они проникают в кишечник вместе с сыром и мясом: при изготовлении некоторых сортов этих продуктов используют дрожжевые культуры. — Debaryomyces is enriched in Crohn’s disease intestinal tissue and impairs healing in mice, Fungi prevent intestinal healing, «Биомолекула»: «Стражи микробиома».
• Молекулярка, аутоиммунитет. В развитии некоторых аутоиммунных заболеваний важную роль играют антифосфолипидные антитела (antiphospholipid antibodies, aPLs). Это молекулы, активирующие каскады комплемента и коагуляции, в результате чего возрастает риск инсульта и тромбоза. Биологи из Германии обнаружили потенциальную мишень, с помощью которой можно предотвратить развитие побочных аутоиммунных реакций. Этой мишенью стал комплекс рецептора эндотелиального протеина С (endothelial protein C receptor, EPCR) с лизофосфатидной кислотой (lysobisphosphatidic acid, LBPA). Комплекс рецептора и кислоты на поверхности клетки связывают антитело aPLs, в результате чего запускается коагуляция и синтез интерферона α дендритными клетками. Блокада этого рецептора, связанного с антителом, приводит к тому, что аутоиммунные реакции тоже будут ингибироваться. Получается, что комплекс EPCR— LBPA может стать потенциальной мишенью для лечения аутоиммунных заболеваний. — Lipid presentation by the protein C receptor links coagulation with autoimmunity, «Биомолекула»: Аутоиммунные заболевания.
• Структурка. Группа гетеротримерных рецепторов, связывающих G-белок (guanine nucleotide–binding protein–coupled receptors, GPCRs) — частая мишень для лекарств. Канонически GPCRs передают сигналы либо через подтипы Gα-белка, либо посредством адапторных белков β-аррестина. Однако результаты нового исследования показывают, что GPCR-рецепторы способствуют прямому взаимодействию между подтипами белков Gα и β-аррестинами. Так, β-аррестины связывают киназу, которая регулируется внеклеточными сигналами. Эти данные доказывают наличие неканонического механизма передачи сигналов GPCR. — Noncanonical scaffolding of Gαi and β-arrestin by G protein–coupled receptors, «Биомолекула»: GPCR.
• Клеточная биология. Альвеола — функциональная единица легкого, на уровне которой начинается газообмен. После рождения, когда организм начинает дышать воздухом, под действием новых условий формируется тканевая ниша легких. Однако межклеточная передача сигналов, благодаря которой возможно формирование альвеолярных взаимосвязей, долгое время оставалась непонятной. Американские исследователи составили клеточный атлас развивающегося легкого, чтобы разобраться с функциями клеток альвеолярного типа. Выяснилось, что клетки альвеол особым образом организованы в пространстве, образуя специфичный сигнальный узел. Благодаря этому клетки альвеол взаимодействуют с миофибробластами посредством сигнальных факторов Shh и Wnts. Эта сигнализация облегчает альвеолярные перестройки для адаптации к легочному дыханию. — Genomic, epigenomic, and biophysical cues controlling the emergence of the lung alveolus.
• Микробиология, ИИ. Многие патогенные бактерии влияют на организм хозяина опосредованно — через белки-эффекторы, которые проникают внутрь клеток и блокируют иммунные реакции. Чтобы лучше разобраться в работе таких бактерий, ученые смоделировали механизм инфицирования бактериями Citrobacter rodentium с помощью искусственного интеллекта. Разработанный алгоритм предсказал результаты колонизации хозяина in vivo. Выяснилось, что даже после сокращения бактериальной популяции на 60% колония сохраняет свою патогенность. При этом организм-хозяин способен обходить препятствия в виде бактерий, запуская разные механизмы иммунного ответа. — Type III secretion system effectors form robust and flexible intracellular virulence networks.
• CAR-T, рак. Одно из ограничений использования таргетной терапии для лечения рака — атака здоровых клеток терапевтическими молекулами. Так, сигнальные системы могут запускать иммунный ответ не только в опухолях, но и в здоровых тканях, клетки которых экспрессируют небольшое количество антигена-мишени. Результаты новой работы, опубликованной в Science, показывают, как можно преодолеть это ограничение с помощью двухступенчатой схемы обратной связи. На первом этапе цитотоксические Т-клетки распознают пороговые значения присутствия антигена. Это является точным свидетельством того, что данная клетка — раковая. На втором этапе рецептор сигнализирует об увеличении экспрессии рецептора химерного антигена (CAR) с высоким сродством к этому же антигену. Тестирование такой схемы на моделях рака мышей показало, что высокочувствительная CAR-T-терапия позволяет терапевтическим молекулам лучше различать здоровые и больные клетки. — T cell circuits that sense antigen density with an ultrasensitive threshold, «Биомолекула»: «Способны ли CAR-Т-клетки уничтожить опухоль?»