Nature #550 (7677) + онлайны: нейроны быстрого движения, фермент для борьбы с мутациями и точные измерения массы клетки

• Клеточная биология. Примерно 10% переломов костей плохо заживают — срастаются слишком медленно и болезненно или не срастаются вообще. Причин может быть несколько, но чаще всего проблемы возникают из-за недостаточного образования новых сосудов в месте перелома. Помочь в сращивании сложных переломов может пересадка клеток, экспрессирующих белок C34 — эндотелиальных и гемопоэтических предшественников. В 2018 году закончится трехлетнее исследование этой терапии и, возможно, мы научимся лучше сращивать сложные переломы. — Non-union bone fracture: a quicker fix, Closing the gap.
• Биофизика. Ученые из Швейцарии и Великобритании разработали метод, позволяющий измерять массу единичных прикрепленных к поверхности клеток с миллисекундным разрешением по времени и чувствительностью порядка пикограмма. Благодаря этому методу можно отследить тонкие и быстрые колебания массы клетки. Исследователи показали, что с клеточным циклом масса клетки периодически меняется в диапазоне от одного до четырех процентов. — Biophysics: Rapid mass changes measured in cells, Inertial picobalance reveals fast mass fluctuations in mammalian cells.
• Биоинформатика. Анализ геномов сотен тысяч европейцев и жителей восточной Азии с высокой достоверностью обнаружил 65 новых локусов, связанных с развитием рака груди. Большинство найденных локусов располагалось в отдаленных регуляторных элементах. — Association analysis identifies 65 new breast cancer risk loci.
• Нейробиология. В каудальной (нижней) части ствола мозга мыши выделили популяции нейронов, контролирующие скорость передвижения животного. В частности, активность одной популяции была необходима, чтобы поддерживать быстрое движение, а нейроны другой популяции отвечали за торможение активности. Нейроны этих популяций отличаются плотностью связей и набором используемых медиаторов. — Locomotor speed control circuits in the caudal brainstem.
• Биоинженерия. Половина известных патогенных мутаций человека происходит из-за спонтанного превращения цитозина в тимин. В ходе репликации напротив мутировавшего нуклеотида встраивается новая буква, и пара C-G превращается в пару T-A. Возможность заменять пару T-A на C-G помогла бы бороться со многими врожденными заболеваниями. Одна из идей для решения этой задачи заключалась в том, чтобы дезаминировать аденин до инозина. Полимеразы распознают инозин как гуанин, и встраивают напротив него цитозин, что и требуется для исправления таких мутаций. Однако фермента, который дезаминирует аденин в составе ДНК, не было известно. Команде американских исследователей удалось создать такой фермент искусственно. — Programmable base editing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage.
• Молекулярка, методика. Метилирование аденозина по первой позиции (m¹A) раньше считалась одной из самых распространенных модификаций РНК. Она нарушает спаривание оснований и может повлиять на структуру молекулы. Ученые из Австрии и Израиля разработали методику точного определения позиций m¹A по всему транскриптому клетки. Оказалось, что m¹A встречается в мРНК относительно редко, и, что интересно, чаще попадается в структурах, напоминающих петли тРНК. m¹A ведет к репрессии трансляции мРНК, вероятно, из-за своего влияния на спаривание оснований. — Epitranscriptomics: Shrinking maps of RNA modifications, The m¹A landscape on cytosolic and mitochondrial mRNA at single-base resolution.
• Биоинженерия. Фибробласты — тип клеток, который проще всего получить от доноров. Поэтому биоинженеры активно разрабатывают методики перепрограммирования фибробластов в другие типы клеток. Чтобы удостовериться, что смена специализации клетки идет по плану, полезно исследовать ее транскриптом. Американские ученые исследовали транскриптомы ранних стадий превращения фибробластов в кардиомиоциты и выделили несколько путей, которыми может идти этот процесс. — Single-cell transcriptomics reconstructs fate conversion from fibroblast to cardiomyocyte.
• Молекулярка, физиология растений. Эпигенетические метки, которые накопились на ДНК растения в результате воздействий окружающей среды обычно нужно удалять, когда происходит образование гамет. Новая работа рассказывает, как Arabidopsis thaliana удаляет репрессивные метки, появившиеся под действием холода, с гена репрессии цветения FLC. — Embryonic epigenetic reprogramming by a pioneer transcription factor in plants.
• Системная биология. Ученые из США и Германии создали модель регуляции скорости роста бактерии. Модель использует данные о содержании углерода в среде, чтобы предсказывать, когда и как изменятся экспрессия генов и масса микроорганизма. — A global resource allocation strategy governs growth transition kinetics of Escherichia coli.
• Экология. Еще одна интересная модель, разработанная международным коллективом ученых, предсказывает, как инвестиции в охрану окружающей среды влияют на скорость снижения биоразнообразия. Модель ожидаемым образом предсказывает, что денег со временем будет нужно все больше и больше. — Ecology: The effect of conservation spending, Reductions in global biodiversity loss predicted from conservation spending.
• Иммунология, молекулярка. Натуральные киллеры (NK) в основном занимаются борьбой с патогенами, а также помогают бороться с развитием рака различных клеток крови. Однако в борьбе с солидными опухолями, когда рак развивается у неподвижных клеток, натуральные киллеры почти не участвуют. Однако ученым из Италии, Хорватии и Великобритании удалось привлечь натуральных киллеров и к борьбе с солидными опухолями, заблокировав у этих иммунных клеток экспрессию рецептора IL-1R8. Благодаря такой модификации в экспериментах удавалось повысить устойчивость животных к развитию рака печени, метастазов в печени и легких и заодно к цитомегаловирусной инфекции. — IL-1R8 is a checkpoint in NK cells regulating anti-tumour and anti-viral activity.
• Иммунология. Для гибкой работы иммунной системы необходимы разные подтипы T-хелперов. Для дифференцировки в T_H17 клеткам необходимо получать сигнал виде трансформирующего фактора роста β (TGFβ). Как оказалось, этот сигнал необходим, чтобы отменить супрессию гена рецептора RORγt, которую создает комплекс SKI—SMAD4. Если у Т-клеток отключить SKI—SMAD4, то для дифференцировки в T_H17 трансформирующий фактор роста β перестает быть нужным. — Reversing SKI—SMAD4-mediated suppression is essential for T_H17 cell differentiation.

Science #358 (6362) + онлайны: механизмы прикрепления бактерий, направленное редактирование РНК и влияние вирусов на клеточный метаболизм

• Нейробиология. Спецвыпуск Science посвящен концептуальным проблемам нейробиологии. В статьях можно найти рассуждения о том, как определять границы частей мозга, как определить, достаточно ли разнообразны животные модели, на которых исследуют мозг и, конечно, о том, что такое сознание и как отличить сознательные процессы от бессознательных. — Neuroscience: In search of new concepts, The emperor’s new wardrobe: Rebalancing diversity of animal models in neuroscience research, Big data and the industrialization of neuroscience: A safe roadmap for understanding the brain?, What constitutes the prefrontal cortex?, Space and time in the brain, What is consciousness, and could machines have it?
• Молекулярка. У малярийного плазмодия сложный жизненный цикл, и до сих пор не было лекарства, которое могло бы бороться с разными стадиями развития этого паразита. В двух статьях рассказывается о протеазах, которые важны для входа и выхода паразитов в клетки. Ингибиторы этих протеаз мешают развитию сразу нескольких стадий развития плазмодия. — Plasmepsins on the antimalarial hit list, A multistage antimalarial targets the plasmepsins IX and X essential for invasion and egress, Plasmepsins IX and X are essential and druggable mediators of malaria parasite egress and invasion.
• Микробиология. Многие бактерии умеют переключаться между свободно плавающей и прикрепленными формами. Переход к прикрепленной форме необходим для образования биопленок. Поскольку около 80% бактериальных инфекций человека связано с образованием биопленок, механизм перехода бактерий в прикрепленную форму очень интересует исследователей. В двух статьях свежего номера Science рассказывают об участии жгутиков и пилей в распознавании поверхности, которое необходимо, чтобы бактерия начала прикрепляться. Интересно, что внешняя часть жгутика для распознавания не необходима, и основную роль играет его встроенный в мембрану мотор. Возможно, мотор жгутика может работать по тому же принципу, как каналы, чувствительные к механическому напряжению. — The bacterium has landed, Second messenger—mediated tactile response by a bacterial rotary motor, Obstruction of pilus retraction stimulates bacterial surface sensing.
• Структурка. Структурка одного из доменов холерного токсина обнаружила сходство этой части белка с ацилтрансферазой жирных кислот. Было известно, что холерный токсин нарушает структуру актинового цитоскелета, но теперь стал понятен и механизм: токсин ацилизует остаток лизина в составе Rho-ГТФазы, регулирующей строение актиновых филаментов. — N^ε-Fatty acylation of Rho GTPases by a MARTX toxin effector.
• Биоинженерия. Американские биоинженеры создали систему для направленного редактирования РНК. Система использует инактивированный белок Cas13, чтобы направлять фермент ADAR2, деаминирующий аденозин до инозина, к определенным транскриптам клеток млекопитающих. — RNA editing with CRISPR-Cas13.
• Вирусология. Вирусы часто модифицируют метаболизм хозяйской клетки для собственной выгоды. Новая статья описывает пример такого механизма — длинную некодирующую РНК, синтез которой активируется под действием многих разных вирусов. Эта РНК связывается с хозяйским ферментом глутамат-оксалоацетат трансаминазой (GOT2) и усиливает его активность. Продукты активности этого фермента усиливают репликацию вирусов. — An interferon-independent lncRNA promotes viral replication by modulating cellular metabolism.
• Структурка. АТФ-синтаза митохондрий состоит из двух компонентов: встроенного в мембрану ротора F_O, который вращается под действием тока протонов, и выступающего наружу комплекса F₁, синтезирующего АТФ с использованием энергии вращения. АТФ-синтаза способна образовывать димеры, необходимые, чтобы создавать складки внутренней мембраны митохондрий — кристы. В новой работе описывается структура димера F_O дрожжей Saccharomyces cerevisiae. — Atomic model for the dimeric F_O region of mitochondrial ATP synthase.
• Клеточная биология, методика. Американские исследователи описали метод быстрого выделения лизосом из клеток млекопитающих. С помощью этого метода удобно отслеживать, как содержимое лизосом зависит от состояния клетки. — Lysosomal metabolomics reveals V-ATPase and mTOR-dependent regulation of amino acid efflux from lysosomes.
• Структурка. Комплекс CPF запускает терминацию транскрипции, обрезает пре-мРНК на 3’-конце и присоединяет к нему полиА-хвост. Структурка CPF позволила выделить в нем три модуля, ответственные за разные типы активности. — Architecture of eukaryotic mRNA 3′-end processing machinery.