Nature #567 + онлайны: контроль за соленостью питья, новые силы гаструляции и механизм самоуничтожения Т-клеток с химерными антигенными рецепторами

• Молекулярка. Наблюдать транскриптом клетки сложно как минимум потому, что в клетке очень много транскриптов, а разрешение оптических микроскопов ограничено. Тем не менее, новая методика последовательной флуоресцентной гибридизации seqFISH+ уже позволяет визуализировать мРНК 10000 генов и наблюдать их расположение в разных типах клеток с помощью обычного конфокального микроскопа. — Transcriptome-scale super-resolved imaging in tissues by RNA seqFISH+. биомолекула: По ту сторону дифракционного барьера: Нобелевская премия по химии 2014.
• Физиология животных. Насыщение — это механизм, который должен ослаблять голод и жажду, когда животное поело и попило. В случае жажды, как показывают многие исследования, важны сигналы от рта и глотки животного, по которым мозг оценивает объем выпитой жидкости. Однако знать объем жидкости недостаточно, чтобы понять, достаточно ли выпито — ведь если жидкость, к примеру, была очень соленой, то она не поможет организму восстановить осмолярность. Как оказалось, содержание солей оценивается в пищеварительном тракте, и эта хемосенсорная информация быстро передается в мозг, чтобы регулировать чувство жажды и питьевое поведение у мышей. В передаче этого сигнала участвует блуждающий нерв. — A gut-to-brain signal of fluid osmolarity controls thirst satiation. биомолекула: Пить или не пить — два разных сигнала от нашего мозга.
• Иммунология. Химерные антигенные рецепторы (CAR) — искусственные рецепторы, которые направляют Т-клетки на борьбу с опухолями. Этот метод хорошо показал себя в борьбе с раком, однако при его применении часто развиваются рецидивы. Устойчивость рака к такой терапии может объясняться утратой антигена, с которым связываются химерные рецепторы, но в некоторых случаях устойчивость развивается и при сохранении антигенов. Как оказалось, в последнем случае устойчивость объясняется трогоцитозом — механизмом, при котором при связывании Т-клетки с антиген-презентирующей клеткой к Т-клетке могут перейти фрагменты мембраны антиген-презентирующей клетки, в том числе, содержащие тот самый антиген. При этом опухолевая клетка не только избавляется от опасного антигена, но и заставляет иммунную систему атаковать те самые Т-клетки, которые охотились за ней. — CAR T cell trogocytosis and cooperative killing regulate tumour antigen escape. биомолекула: От слов к делу: технологию CRISPR-Cas впервые применили для лечения онкозаболеваний.
• Микробиология. Этан — второй по распространенности компонент природного газа после метана, и примерно настолько же химически инертный. Но для микробов нет ничего несъедобного, а микробы из морских регионов просачивания углеводородов, как оказалось, могут окислять этан даже в отсутствие кислорода. Основным участником такого анаэробного сообщества, окисляющего этан, оказались археи Candidatus Argoarchaeum ethanivorans, и с ними вместе участвовали бактерии из группы Deltaproteobacteria, восстанавливающие сульфат. — Anaerobic oxidation of ethane by archaea from a marine hydrocarbon seep.
• Эмбриология. В ходе гаструляции часть пузыря эмбриональных клеток втягивается внутрь, начиная образовывать слои эмбриональных тканей. Это втягивание происходит за счет ассиметричных сокращений части клеток эмбриона. Многие эмбрионы защищены жесткими оболочками, и в таких случаях клетки эмбриона могли бы отталкиваться от этих оболочек, чтобы упростить себе гаструляцию. Новая работа показала, что как минимум у жука Tribolium castaneum так и происходит — определенные части бластодермы в определенные моменты плотно прикрепляются к желточной оболочке эмбриона. Благодаря этому прикреплению образуются дополнительные силы, которые помогают организовать асимметричное движение эмбриональных тканей. — Attachment of the blastoderm to the vitelline envelope affects gastrulation of insects.
• Микробиология. Присутствие или отсутствие даже единственного гена может существенно повлиять на свойства бактерии. Как оказалось, структурные вариации генома, из-за которых может меняться число функциональных копий гена, очень распространены среди кишечных бактерий человека. Ожидаемым образом структурные вариации чаще встречаются в участках, связанных с работой CRISPR и устойчивостью к антибиотикам, и реже — в генах домашнего хозяйства. Для некоторых структурных вариантов генома микробов удалось найти ассоциации с риском развития определенных болезней у хозяина. — Structural variation in the gut microbiome associates with host health.
• Нейробиология. Натрий — важнейший катион, содержание которого регулирует многие функции организма. Недостаток натрия в организме стимулирует животного активнее потреблять его в пищу. Ученым удалось найти нейронный контур, отвечающий за такое усиленное потребление натрия. С помощью стимуляции этих нейронов можно заставить животных активно искать соль и употреблять ее из непривычных источников — например, минерала галита. — Chemosensory modulation of neural circuits for sodium appetite.
• Экология. Хозяйственное использование земель в горах существенно влияет на состав видов, которые там обитают, а размер эффекта в основном зависит от климата. Так, в засушливых низинах влияние использования земель человеком оказалось сильнее, чем во влажных регионах у подножия гор и в горах. В среднем взаимодействие между климатом и использованием земель объясняло 54% вариабельности разнообразия видов, тогда как по-отдельности эти факторы позволяли предсказать значительно меньшую долю вариабельности. — Climate—land-use interactions shape tropical mountain biodiversity and ecosystem functions.
• Молекулярка. Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы — очень опасный вид рака, после диагностирования которого всего 8% пациентов проживает хотя бы 5 лет. Обычно развитие этого типа рака начинается с появления мутантной формы ГТФазы KRAS, поэтому с заболеванием борются с помощью ингибиторов этого белка. Однако мутация происходит не у всех пациентов, а у некоторых после применения терапии мутантный белок исчезает, и случаются рецидивы. Поэтому для лечения протоковой аденокарциномы поджелудочной железы нужны и другие мишени, и логично их искать среди тех молекул, с которыми взаимодействует мутантный KRAS. Американские ученые обнаружили перспективную мишень из этой группы — белок синдекан 1, располагающийся на поверхности клетки и регулирующий макропиноцитоз. Макропиноцитоз — это неспецифичное поглощение внеклеточного материала, которое помогает опухолевым клеткам получать материал для роста. Подавление этого процесса через ингибирование активности синдекана 1, вероятно, поможет бороться с протоковой аденокарциномой поджелудочной железы. — Syndecan 1 is a critical mediator of macropinocytosis in pancreatic cancer.

Science #363 (6434) + онлайны: искажения решетки координат в мозге, полезные стволовые свойства Т-клеток и способ ускорить реакцию устьиц растений

• Экология. Около 50 лет назад в мире распространился грибок Batrachochytrium dendrobatidis, поражающий амфибий и часто приводящий к их гибели. Новое исследование показало, что грибок вызвал снижение численности амфибий по всему земному шару, кроме Азии, откуда он произошел. Получается, что для остальных амфибий мира этот патоген оказался слишком непривычным, и численность около 39% всех столкнувшихся видов продолжает снижаться. Хорошая новость состоит в том, что около 12% видов все же выработало устойчивость к грибку и уже восстанавливают свою численность. — A deadly amphibian disease goes global, Amphibian fungal panzootic causes catastrophic and ongoing loss of biodiversity.
• Нейробиология. Нейроны решетки в энторинальной коре определяют воображаемую систему координат, в которых действует животное. Было показано, что эта сетка состоит из гексагональных ячеек, и было принято считать, что она жесткая, то есть, не зависит от обстоятельств жизни животного и стоящих перед ним задач. Однако позже некоторые исследования показали, что геометрию решетки могут искажать, как минимум, некоторые специфические пространственные особенности среды. А две новые работы, вышедшие в этом номере Science, показывают, что координатную сетку искажают еще и знания о наградах, расположенных в определенных регионах. Например, когда животное выучивает новое место, где оно может найти награду, некоторые поля решетки смещаются в сторону, соответствующую этой локации, вызывая искажения аккуратной гексагональной решетки координат. — Neural representations across species, Remembered reward locations restructure entorhinal spatial maps, The entorhinal cognitive map is attracted to goals. биомолекула: GPS в нашем мозге: Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014
• Иммунология. Даже если в опухоль попадают Т-клетки, способные ее уничтожить, зачастую они не справляются с этой задачей. Как оказалось, усилить возможности Т-клеток помогают некоторые свойства стволовых клеток, которые Т-клетки могут приобретать. В частности, полезно, если у них сохраняется способность к делению и обновлению — благодаря этому в опухоли может установиться большая популяция Т-клеток. Интересно, что в опухолях, в которых активно идут процессы некроза, как раз формируются условия, способствующие сохранению стволовых черт у Т-клеток. Дело в том, что в ходе некроза во внешнюю среду из клетки попадают ионы калия, и появляются локальные области с повышенным содержанием этих катионов. В норме калия снаружи немного, и большие его количества нарушают транспорт питательных веществ в Т-клетки. А большие количества питательных веществ необходимы Т-клеткам для дифференцировки. Голодающие Т-клетки вынуждены оставаться в стволовом состоянии, что, как сказано выше, полезно для борьбы с опухолью. — Potassium shapes antitumor immunity, T cell stemness and dysfunction in tumors are triggered by a common mechanism.
• Биоинженерия. Биоинженеры уже провели много экспериментов по модификации генетического кода, а вот теперь им удалось собрать целую специальную органеллу, которая проводит синтез белков с неканоническим прочтением генетического кода. У этой органеллы нет мембран, и она держится как единое целое благодаря разделению фаз. Органелла нацелена на распознавание определенных мРНК, для улавливания которых в ее составе есть специальные белки. Находящиеся в составе органеллы рибосомы прочитывают стоп-кодон UAG как инструкцию для встраивания аминокислоты. В этом им помогают находящиеся там же синтетазы супрессорных тРНК. — Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes. биомолекула: Разделяй и властвуй: роль разделения фаз в жизни клетки, Самые нестандартные генетические коды, Расширенный геном.
• Иммунология. Заражение бактериями Pseudomonas aeruginosa часто приводит к тяжелым заболеваниям и смерти. Интересно, что особенно тяжело проходят инфекции теми бактериями, которые заражены бактериофагом Pf. Как оказалось, эти фаги смущают иммунную систему, которая запускает антивирусный ответ, и не уделяет при этом должного внимания борьбе с бактериальными патогенами. — Bacteriophage trigger antiviral immunity and prevent clearance of bacterial infection.
• Биоинженерия. Укладка неполярной части мембранного белка фосфоламбана подсказала биоинженерам, как лучше проектировать искусственные мембранные белки. Как потом оказалось, такая структура, возможно, с непохожими последовательностями, достаточно распространена среди природных белков. — Packing of apolar side chains enables accurate design of highly stable membrane proteins.
• Экология. Даже на охраняемых природных территориях животные не всегда чувствуют себя вполне комфортно. Например, вблизи границ таких территорий часто происходит активная человеческая деятельность, что вынуждает животных переселяться вглубь территории. На примере региона Серенгети-Мара в восточной Африке экологи показали, что такая чрезмерная тяга животных к центральной части охраняемой территории ведет к истощению почв и ослаблению фиксации азота. Все это снижает устойчивость перенаселенного животными региона к засухе. — Cross-boundary human impacts compromise the Serengeti-Mara ecosystem.
• Биоинженерия. Растения никогда не отличались скоростью реакции на изменения внешних условий, но из всех частей растения особенной неторопливостью отличаются устьица. Из-за того, что устьица слишком медленно закрываются в ответ на яркий свет, растения теряют слишком много воды, и их биомасса становится меньше, чем могла бы быть. К счастью, биоинженеры придумали, как ускорить устьица — для этого они создали специальные калиевые каналы, которые реагируют на голубой свет. Благодаря таким каналам растения Arabidopsis набирают в среднем два раза больше биомассы. — Optogenetic manipulation of stomatal kinetics improves carbon assimilation, water use, and growth. биомолекула: Создан управляемый светом калиевый канал.
• Методика. Разработан новый метод исследования транскриптома единичных клеток в контексте их локализации в ткани. Исследователи научились аккуратно перекладывать РНК из секций ткани на поверхность, покрытую шариками с известными ДНК-баркодами. Благодаря этому после секвенирования можно точно установить, из какой точки пришла каждая молекула. — Slide-seq: A scalable technology for measuring genome-wide expression at high spatial resolution.