Nature #585 (7823) + онлайны: как раковые клетки меняют эпигеном T-лимфоцитов, как опсин 5 запускает термогенез и откуда взялись рецепторы STING

• Экология. Каким образом интродукция новых видов животных и растений меняет экологические и биогеографические параметры природных сообществ? Новое исследование, в котором была проведена количественная оценка изменений в более чем 400 природных сообществ после интродукции, показало, что завоз новых видов уменьшает компартментализацию сообществ, делая их более однородными. — Accelerating homogenization of the global plant—frugivore meta-network.
• Молекулярка. Клетки человека несут рецептор STING (Stimulator of interferon genes), который распознает инородные циклические динуклеотиды, высвобождаемые бактериальными клетками, а также эндогенные циклические динуклеотиды ГМФ-АМФ, появляющиеся в тканях во время вирусных инфекций и в ходе работы противовирусного иммунитета. STING не имеет белков-гомологов среди других сигнальных белков эукариот, зато, как показало новое исследование, близкие к нему белки закодированы в защитных островках в геномах ряда прокариот. Вероятно, STING были позаимствованы древними многоклеточными животными у бактерий на этапе формирования врождённого иммунитета. — STING cyclic dinucleotide sensing originated in bacteria.
• Физиология растений, молекулярка. Хиноны выступают в роли сигнальных молекул у всех живых организмов, и наиболее обильно их вырабатывают растения. Роль хинонов в передаче сигнала растений, за исключением ряда интересных примеров, плохо понятна (именно хиноны запускают образование присосок-гаусторий у паразитических растений). Японские ученые показали, что под действием хинонов в растительных клетках возрастает уровень кальция, причем в роли сигнальных белков, взаимодействующих с хинонами, у растений выступают рецептор-подобные киназы, обогащенные лейциновыми повторами. — Quinone perception in plants via leucine-rich-repeat receptor-like kinases.
• Иммунология, рак. Согласно новым данным, полученным американскими учеными, опухолевые клетки существенно изменяют метаболизм цитотоксических CD8+ T-клеток, в частности, метаболизм метионина. Из-за снижения внутриклеточного уровня метионина, вызванного раковыми клетками, в T-киллерах происходят эпигеномные изменения, а именно, утрачивается эпигенетическая метка H3K79me2 (диметилированный лизин 79 гистона H3). — Cancer SLC43A2 alters T cell methionine metabolism and histone methylation.
• Молекулярка, структурка. Немецкие исследователи разобрались в деталях работы комплекса ядерной поры. Используя методы структурной биоинформатики, моделирования, световой и электронной микроскопии, они показали, как дрожжевые ядерные поровые комплексы осуществляют экспорт мРНК и каким образом происходит замена старых комплексов ядерных пор на новые. — In-cell architecture of the nuclear pore and snapshots of its turnover.
• Рак. Один из признаков злокачественной трансформации — разрушение нормальной структуры ткани. Например, предзлокачесвенная базалиома вызывает образование бугорков на коже, а злокачественная плоскоклеточная карцинома проявляется в виде складок. Исследователи из Университета Рокфеллера разобрались в механике нарушения нормальной структуры ткани при базалиоме и плоскоклеточной карциноме. Используя компьютерное моделирование, генетические манипуляции и биофизические подходы, они показали, что в однослойном эпителии, трансформация которого происходит при плоскоклеточной карциноме, перестройки связаны в основном с пролиферацией клеток и их сокращением с помощью актина и миозина. В то же время в многослойном эпителии, который трансформируется при базалиоме, происходит перестройка базальной мембраны, что выражается в виде формирования бугорков на коже. — Mechanics of a multilayer epithelium instruct tumour architecture and function.
• Структурка, фармакология. Большинство общих анестетиков, а также классические бензодиазепины воздействуют на рецептор ГАМК типа A (GABAA). Американские и шведские ученые выяснили, как именно взаимодействуют общие анестетики и GABAA. Они получили структуру GABAA в комплексе с различными соединениями из числа анестетиков и бензодиазепинов. Оказалось, что механизм действия внутривенных анестетиков и бензодиазепинов на уровне рецептора почти одинаков, несмотря на различные фармакологические и клинические свойства этих веществ. — Shared structural mechanisms of general anaesthetics and benzodiazepines.
• Рак. Геномная нестабильность является одной из отличительных черт злокачественных клеток. Часто результатом такой нестабильности становится увеличение числа копий соматических хромосом. Британские ученые изучили изменение числа копий соматических хромосом в 1421 образцах опухолей 22 видов рака, и выявили, какие именно гены или участки генома подвергаются перестройкам наиболее часто в ходе эволюции одной опухоли. — Pervasive chromosomal instability and karyotype order in tumour evolution.
• Физиология, молекулярка. Опсины относятся к группе рецепторов, сопряженных с G-белками, и являются важными светочувствительными белками животных. Однако, как часто случается в биологии, некоторые из них могут участвовать в самых неожиданных процессах. Например, опсин 5, который экспрессируется клетками сетчатки, кожи и преоптической области гипоталамуса, реагирует на фиолетовый свет и в зависимости от стимуляции светом регулирует термогенез, воздействуя на бурую жировую ткань. У мышей, лишенных опсина 5, бурая жировая ткань чрезмерно активна, что приводит к повышенному термогенезу. — Violet-light suppression of thermogenesis by opsin 5 hypothalamic neurons, биомолекула: Зрительный родопсин — рецептор, реагирующий на свет.
• Нейробиология, иммунология. Хотя связь врожденного иммунитета с болезнью Альцгеймера уже была показана, выяснить, каким образом врожденный иммунитет влияет на образование амилоида, удалось лишь сейчас. В новом исследовании показано, что белок IFITM3, функционально относящийся к врожденному иммунитету, воздействует на фермент γ-секретазу, чрезмерно активируя ее, что и приводит к образованию амилоида. Экспрессия самого IFITM3 активируется в астроцитах и нейронах под действием воспалительных цитокинов. Таким образом, воспаление в нервной ткани действительно повышает риск болезни Альцгеймера. — The innate immunity protein IFITM3 modulates γ-secretase in Alzheimer’s disease.
• Биоинженерия, биотехнология. Растения из семейства пасленовых синтезируют тропановые алкалоиды, которые выступают в роли ингибиторов нейромедиаторов и используются для лечения нервно-мышечных расстройств. Всемирная организация здравоохранения даже относит тропановые алкалоиды к числу важнейших препаратов. Ученые из Стэнфордского университета создали дрожжи, которые продуцируют тропановые алкалоиды гиосциамин и скополамин из простых сахаров и аминокислот. — Biosynthesis of medicinal tropane alkaloids in yeast.
• Зоология, эмбриология. Канадские ученые показали, что облигатный эндосимбиоз бактерии Blochmannia и широко распространенных муравьев трибы Camponotini появился благодаря существенным изменениям эмбрионального развития муравьев. Blochmannia регулирует экспрессию некоторых Hox-генов на уровне трансляции, создавая ниши в зародыше развивающегося насекомого, в которые она внедрится. — Origin and elaboration of a major evolutionary transition in individuality.
• Нейробиология. Признаком фронтотемпоральной деменции может служить формирование скоплений из белка TDP-43, которое происходит в результате гаплонедостаточности по белку програнулину. Новое исследование показало, что при нехватке програнулина микроглия переходит из покоящегося состояния в нейротоксичное, что и приводит к нейродегенеративному процессу. — Neurotoxic microglia promote TDP-43 proteinopathy in progranulin deficiency.
• Иммунология. Сезонная вакцинация против вируса гриппа преимущественно полагается на стимуляцию предсуществующих B-клеток памяти, в результате чего у человека временно появляются плазматические клетки, производящие антитела к вирусу гриппа. Американские ученые изучили, какие процессы происходят в герминальных центрах лимфоузлов человека против прививки от гриппа. Они показали, что под действием прививки в герминальных центрах происходит повышение разнообразия B-клеток, и появляются клоны, распознающие новые эпитопы и происходящие из числа наивных B-клеток. — Human germinal centres engage memory and naive B cells after influenza vaccination, биомолекула: Неуловимый грипп, Много — не значит хорошо: «Ультрикс», «Гриппол», «Совигрипп» — что выбрать?

Science #369 (6508) + онлайны: как аденозин влияет на сон, от чего зависит способность к регенерации и зачем растения накапливают кремний

• Нейробиология. Режим сна и бодрствования находится под контролем многих нейромедиаторов, в частности, аденозина. Китайские ученые изучили, как изменяется концентрация аденозина в переднем мозге, с помощью специально разработанного сенсора аденозина на основе рецептора, сопряженного с G-белком. Оказалось, что во время бодрствования и быстрого сна в переднем мозге активно высвобождается аденозин. Выделение аденозина можно запустить и оптогенетически, воздействуя на глутаматергические, но не холинергические нейроны. Вероятно, выделение аденозина во время бодрствования увеличивает давление сна в течение дня. — Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons, биомолекула: Аденозиновые рецепторы: история великого обмана.
• Биология развития. Почему некоторые позвоночные, такие как аксолотль, обладают выраженной способностью к регенерации, а другие вообще к ней неспособны, как, например, млекопитающие? Американские исследователи на двух эволюционно далеких видах, способных к регенерации, в качестве которых были взяты рыбы данио-рерио и нотобранх Фурцера, идентифицировали базовые регенерационные генетические программы, консервативные даже у очень далеких позвоночных. Впрочем, нельзя отменять и вклад в регенерацию видоспецифичных программ, которые также имеются у животных, способных к регенерации. — Changes in regeneration-responsive enhancers shape regenerative capacities in vertebrates.
• COVID-19. Сразу две статьи в новом выпуске Science посвящены иммунному ответу на SARS-CoV-2 у разных пациентов. Авторы одного исследования провели глубокое иммунное профилирование, проанализировав популяции иммунных клеток у 125 госпитализированных пациентов с COVID-19 с помощью проточной цитометрии, и выделили разные иммунотипы, связанные с тяжестью заболевания и его клиническими проявлениями. Авторы второй работы также изучили общие черты иммунного ответа у пациентов со средними и тяжелыми формами COVID-19, но с помощью подходов системной биологии. — Deep immune profiling of COVID-19 patients reveals distinct immunotypes with therapeutic implications, Systems biological assessment of immunity to mild versus severe COVID-19 infection in humans.
• Структурка. Ученые из группы нобелевского лауреата Венки Рамакришнана вместе с коллегами из Университета Калифорнии получили структуру комплекса инициации трансляции 48S человека. Комплекс инициации трансляции включает преинициаторный комплекс, в состав которого входит рибосомная субъединица 40S, факторы инициации трансляции и инициаторная тРНК, а также кэп-связывающий белок eIF4F, связанный с 5’-концом мРНК. Полученная структура позволила выяснить некоторые детали сборки и функционирования комплекса инициации трансляции, в частности, установить, где и как взаимодействуют друг с другом факторы инициации трансляции. — Structure of a human 48S translational initiation complex, биомолекула: Венки Рамакришнан: «Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии». Рецензия.
• Структурка, моделирование. Создание с нуля новых белков с заданными свойствами — задача не из легких даже на этапе моделирования структуры будущего белка. Ученые из Университета Калифорнии значительно продвинулись в компьютерном дизайне белков, связывающих определенные молекулы, и разработали новую структурную единицу белка, которая существенно облегчает процесс моделирования. Она получила название ван дер Мер. С помощью ван дер Мера ученые успешно смоделировали с нуля шесть новых белков, связывающих вещество под названием апиксабан. — A defined structural unit enables de novo design of small-molecule—binding proteins.
• Физиология, зоология. Эффект глобального потепления на ныне живущие виды пока плохо предсказуем. Ученые из Чили и Венгрии разработали динамическую модель, которая предсказывает выживаемость разных популяций дрозофилы при разных температурах на основе лабораторных данных по способностям мух к адаптации к высоким температурам и их пределам в этом плане. — Predicting temperature mortality and selection in natural Drosophila populations.
• Экология. Международная группа ученых изучила, каким образом изменяется содержание кремния в почве со временем на примере нескольких образцов почв возрастом до 2 миллионов лет, взятых в Западной Австралии. Они показали, что по мере развития экосистемы содержание кремния в почве снижается, зато его эффективно накапливают живущие на этой почве растения. В наиболее древних почвах почти нет даже кремния, происходящего из скалистых пород. Благодаря накоплению кремния растения, по предположению ученых, могут выживать даже на чрезвычайно бедных почвах. — Plants sustain the terrestrial silicon cycle during ecosystem retrogression.
• SARS-CoV-2, структурка. Как и все вирусы, SARS-CoV-2 пытается использовать клетку-хозяина ради своих нужд по максимуму. Для этого он, в частности, выключает трансляцию клеточных мРНК с помощью белка Nsp1. В новом исследовании сообщается о получении структуры Nsp1, связанного с рибосомной субъединицей 40S человека. Авторы работы продемонстрировали, что Nsp1 блокирует туннель для выхода отработанной мРНК из рибосомы. — Structural basis for translational shutdown and immune evasion by the Nsp1 protein of SARS-CoV-2.
• SARS-CoV-2. Американские исследователи с помощью мутагенеза создали вариант ACE2, который связывается с S-белком SARS-CoV-2 с гораздо большим сродством, чем известные природные варианты рецептора. В культуре клеток новый вариант ACE2 нейтрализует коронавирус (и SARS-CoV-2, и SARS-CoV-1) не хуже антител, полностью «оттягивая» его на себя и не давая вирусу взаимодействовать с клеточными рецепторами. — Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2.