• Новости науки и техники
• Биология и медицина
• SciNat за июль 2020 #5: ENCODE, альпийская флора Т...

SciNat за июль 2020 #5: ENCODE, альпийская флора Тибета и молекулярные часы гепатоцитов

---

В новом выпуске Nature целых девять статей посвящены результатам третьей фазы проекта ENCODE. Кроме того, из новых выпусков престижных научных журналов вы узнаете, как растения "чувствуют" наступление зимы, каковы функции уникального для человека гена ARHGAP11B и какой фермент "отрезает" кольцевые фосфаты у молекул тРНК и мРНК. Отдельно хочется поздравить наших соотечественников из Института молекулярной генетики РАН, опубликовавших в Nature статью, посвященную ДНК-интерференции у бактерий.

Nature #583 (7818) + онлайны: ДНК-интерференция у бактерий, вакцина против меланомы и клеточные механизмы растяжения кожи

• ENCODE 3. Девять статей нового выпуска Nature посвящены результатам третьей фазы работы проекта ENCODE ( Encyclopedia of DNA elements). В ходе третьей фазы проекта был создан наиболее детальный на данный момент каталог регуляторных элементов генома человека и мыши. — Perspectives on ENCODE, Expanded encyclopaedias of DNA elements in the human and mouse genomes, A large-scale binding and functional map of human RNA-binding proteins, Occupancy maps of 208 chromatin-associated proteins in one human cell type, Global reference mapping of human transcription factor footprints, Landscape of cohesin-mediated chromatin loops in the human genome, An atlas of dynamic chromatin landscapes in mouse fetal development, Spatiotemporal DNA methylome dynamics of the developing mouse fetus, The changing mouse embryo transcriptome at whole tissue and single-cell resolution.
• Экология. Ученые детально изучили численность популяций рифовых акул и пришли к заключению, что неконтролируемый вылов рифовых акул на протяжении последних десятилетий привел к их полному исчезновению в 20% рифов. В некоторых странах с низким социально-экономическим уровнем развития и высокой плотностью населения рифовых акул практически не осталось. — Global status and conservation potential of reef sharks.
• Нейробиология. Сразу две статьи в новом выпуске Nature посвящены ретикулярному ядру таламуса, которое является главной ингибирующей структурой таламуса, жестко фильтрующей сигналы от различных органов чувств перед их поступлением в кору. Исследователи выделили основные популяции нейронов ретикулярного ядра таламуса, разобрались в их функциях и взаимодействиях. — Two dynamically distinct circuits drive inhibition in the sensory thalamus, Distinct subnetworks of the thalamic reticular nucleus.
• Физиология растений. Растения вынуждены постоянно регулировать свой рост в зависимости от окружающей температуры. Например, с помощью белка VIN3, экспрессия которого нарастает по ходу зимы, растение может следить за прохождением зимы. Медленное повышение экспрессии гена VIN3 в ходе зимы запускает транскрипционный фактор NTL8, который накапливается в тканях растения во время холодов. В новом исследовании показано, что медленное накопление NTL8 в тканях происходит за счет его постоянного разбавления, которое обеспечивается медленным ростом растения при низких температурах. — Temperature-dependent growth contributes to long-term cold sensing.
• Физиология. Американские ученые выяснили, что у мышей, лишенных функционального лептина, понижена симпатическая иннервация подкожного белого и бурого жира, причем регулярное введение в организм лептина позволяет восстановить нормальную иннервацию. Лептин регулирует иннервацию жировой ткани посредством агути-подобного пептида и через проопиомеланокортиновые нейроны аркуатного ядра гипоталамуса, которые, в свою очередь, действуют на нейроны, экспрессирующие мозговой нейротропный фактор (BDNF), в паравентрикулярном ядре гипоталамуса. — A leptin–BDNF pathway regulating sympathetic innervation of adipose tissue.
• Рак. Исследователи из США проанализировали образцы крови 1148 пациентов с B-клеточной лейкемией и показали, что для злокачественной трансформации B-клетки необходимо, чтобы как минимум две различные мутации затронули один и тот же онкогенный сигнальный путь, который наиболее активен на данной стадии дифференцировки клетки. Мутации, не затрагивающие компоненты этого пути, в конечном счете препятствуют трансформации. — Signalling input from divergent pathways subverts B cell transformation.
• Молекулярка. Когда макрофаг натыкается на клетку-патоген, интенсивность транскрипции многих его генов стремительно изменяется. Как показало недавнее исследование, столь быстрые изменения в экспрессии генов происходят благодаря вставке в хроматин в районе генов-мишеней фосфорилированного варианта гистона H3.3. В результате изменяется локальная структура хроматина, что и сказывается на активности генов. — Histone H3.3 phosphorylation amplifies stimulation-induced transcription.
• COVID-19. Сразу несколько потенциальных вакцин от COVID-19 показали свою безопасность и эффективность в защите не только мышей, но и наших относительно близких родственников — макак резус. — ChAdOx1 nCoV-19 vaccine prevents SARS-CoV-2 pneumonia in rhesus macaques, Single-shot Ad26 vaccine protects against SARS-CoV-2 in rhesus macaques, A vaccine targeting the RBD of the S protein of SARS-CoV-2 induces protective immunity.
• Молекулярка. Оказывается, кишечные бактерии могут положительно влиять на активность гистондеацетилазы 3 (HDAC3) в клетках кишечного эпителия посредством секретируемого ими инозитолтрифосфата. Активация HDAC3 при этом способствует восстановлению кишечного эпителия. — Microbiota-derived metabolite promotes HDAC3 activity in the gut.
• Молекулярка. Российские ученые из Института молекулярной генетики РАН изучили активность нуклеазы Argonaute бактерии Clostridium butyricum. В отличие от эукариотических белков Argonaute, задействованных на финальных стадиях РНК-интерференции, бактериальные нуклеазы этой группы участвуют в так называемой ДНК-интерференции — разрушении ДНК при участии направляющих малых ДНК. У C. butyricum нуклеаза Argonaute вносит свой вклад в защиту от фагов и подавляет репликацию плазмид. — DNA targeting and interference by a bacterial Argonaute nuclease.
• COVID-19. Французские исследователи продемонстрировали, что тяжесть протекания COVID-19 прямо пропорциональна концентрации в крови анафилотоксина C5a и уровню экспрессии рецептора C5a, C5aR1, клетками крови и миелоидными легочными клетками. Ученые полагают, что блокировка взаимодействия C5a-C5aR1 воспрепятствует мощной инфильтрации лейкоцитов в легкие и снизит тяжесть заболевания. — Association of COVID-19 inflammation with activation of the C5a–C5aR1 axis.
• SARS-CoV-2. Исследователи из Германии детально изучили папаин-подобную протеазу SARS-CoV-2, которая разрезает полипротеины вируса на отдельные функциональные белки. Они не только сравнили ее с аналогичным ферментом у SARS-CoV, но и показали, что она напрямую влияет на функционирование врожденной иммунной системы, подавляя интерфероновый ответ I типа. — Papain-like protease regulates SARS-CoV-2 viral spread and innate immunity.
• Молекулярка. Американские ученые разработали новую платформу для направленной деградации целевых внеклеточных и мембранных белков. Основа платформы — химерная молекула, состоящая из малой молекулы или антитела, сшитой с искусственным гликопептидным лигандом катион-независимого рецептора маннозо-6-фосфата, который характерен для лизосом и также встречается в клеточной мембране. С помощью малой молекулы или антитела химерная молекула связывает целевой белок и за счет взаимодействия с лизосомным рецептором "затаскивает" его в лизосому, обрекая на разрушение. — Lysosome-targeting chimaeras for degradation of extracellular proteins.
• Биохимия. Исследователи из Испании продемонстрировали, что ионы натрия, наряду с ионами кальция, влияют на выработку активных форм кислорода, которые способствуют адаптации клетки к условиям гипоксии в ходе окислительного фосфорилирования. Влияние натрия на работу электрон-транспортной цепи митохондрий опосредовано его воздействием на внутреннюю митохондриальную мембрану. — Na+ controls hypoxic signalling by the mitochondrial respiratory chain.
• Гистология. Как известно, кожа весьма пластична и может сильно растягиваться. Бельгийские исследователи разобрались, что происходит при растяжении кожи на уровне отдельных клеток. Они показали, что при натяжении стволовые клетки кожного эпителия временно переключаются на увеличение своей популяции, и дифференцировка начинается только во второй генерации стволовых клеток (в нормальных условиях часть дочерних клеток от деления стволовых клеток приступает к дифференцировке, а оставшиеся поддерживают популяцию стволовых клеток). — Mechanisms of stretch-mediated skin expansion at single-cell resolution.
• Онкология. Опубликованы результаты тестирования вакцины от меланомы под названием FixVac. Вакцина состоит из молекул РНК, кодирующих характерные для клеток меланомы антигены и заключенных в липосомные пузырьки. Благодаря вакцине в организме развивается мощный T-клеточный ответ против антигенов, которые несут на своей поверхности клетки меланомы. — An RNA vaccine drives immunity in checkpoint-inhibitor-treated melanoma.
• Онкология. Больше половины случаев рака связаны с утратой или снижением активности белка p53, также известного как "страж генома". Израильские исследователи показали, что в случае рака тонкой кишки микробиота кишечника может "заставить" функционировать как онкоген мутантную форму p53, саму по себе подавляющую рост опухоли, при помощи секреции особого вещества — галловой кислоты. — The gut microbiome switches mutant p53 from tumour-suppressive to oncogenic.
• Биомедицина. Ученые проанализировали тандемные повторы длиной от 2 до 20 пар оснований в 17 231 семьях, в которых были зафиксированы случаи аутизма. Они выявили 2588 локусов, в которых увеличение копийности тандемных повторов связано с аутизмом. Примечательно, что многие из этих локусов совпадают с участками "ломкости" хромосом. —  Genome-wide detection of tandem DNA repeats that are expanded in autism.

Science #369 (6503) + онлайны: онтогенез микроглии, структура экспрессомы и иммунология полового паразитизма

• Иммунология. Австралийский ученый Жак Миллер, описавший функции тимуса в 1961 году, выпустил обзор, в котором описал, как понимание функций тимуса повлияло на современную медицину. — The function of the thymus and its impact on modern medicine.
• Структурка. Когда в крови понижается уровень глюкозы, происходит активация рецептора глюкагона, относящегося к семейству B рецепторов, сопряженных с G-белками (GPCR), и β2-адренорецептора, относящегося к семейству A GPCR. Оба рецептора активируют сигнальный путь цАМФ и запускают образование глюкозы, но с различной кинетикой: рецептор глюкагона активируется медленнее, чем β2-адренорецептор. В новом исследовании описаны структурные особенности, с которыми связана различная кинетика двух рецепторов. — Structural insights into differences in G protein activation by family A and family B GPCRs.
• Молекулярка. В ходе процессинга на концах молекул тРНК и мРНК часто появляются 2′,3′-циклические фосфатные группы. В случае тРНК такие кольцевые фосфатные группы служат местом присоединения тРНК-лигаз и отрезаются, когда тРНК высвобождается из "зависшей" рибосомы. В новой работе показано, что кольцевой фосфат на конце тРНК может отрезать деаденилаза с говорящим названием ANGEL2. — ANGEL2 is a member of the CCR4 family of deadenylases with 2′,3′-cyclic phosphatase activity.
• Иммунология. Исследователи из Нидерландов изучили развитие микроглии человека, проанализировав данные по экспрессии генов и доступности хроматина. Они показали, что по экспрессии генов микроглия мозга зародыша существенно отличается от мозга взрослого человека, что может указывать на разные функции микроглии у зародыша и взрослого. — Human fetal microglia acquire homeostatic immune-sensing properties early in development.
• Нейробиология. Ученые подсадили обезьянам-мармозеткам уникальный для человека ген ARHGAP11B и доказали, что именно этому гену человек обязан своим развитым бороздчатым неокортексом. Благодаря этому гену мозг мармозеток, в норме гладкий, приобретал борозды и развитый неокортекс. Стоит отметить, что по этическим соображениям развитие модифицированных обезьян остановили на внутриутробном этапе. — Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset.
• Молекулярка, структурка. У бактерий транскрипция и трансляция идут одновременно, и нередко РНК-полимеразы взаимодействуют с рибосомами, образуя комплекс, известный как экспрессома. В новой работе с помощью криоэлектронной томографии и сшивочной ( cross-linking) масс-спектрометрии была детально изучена структура экспрессомы бактерии Mycoplasma pneumoniae. Ученые показали, что в экспрессоме рибосома и РНК-полимераза взаимодействуют при участии посредника — белка NusA. — In-cell architecture of an actively transcribing-translating expressome.
• Молекулярка. Существуют свидетельства того, что различные варианты некодирующих областей генома могут быть ассоциированы с развитием неврологических и психических заболеваний. Американские ученые получили пять типов клеток-предшественников нейронов из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и изучили аллель-специфичные участки открытого хроматина в этих клетках и однонуклеотидные полиморфизмы. В частности, они описали, как один полиморфизм, связанный с развитием шизофрении, влияет на развитие нейронов. — Allele-specific open chromatin in human iPSC neurons elucidates functional disease variants.
• Структурка. Исследователи из группы Дженнифер Даудны, одной из основоположников технологии редактирования генома CRISPR/Cas9, определили структуру искусственного фермента ABE8e, который представляет собой высокоэффективный редактор адениновых нуклеотидов. ABE8e был получен с помощью соединения в один белок естественной РНК-дезаминазы и Cas9 и дальнейшей направленной эволюции. — DNA capture by a CRISPR-Cas9–guided adenine base editor.
• Экология. Новое исследование пролило свет на появление самой разнообразной альпийской флоры в районе Тибет — Гималаи — Сино-Тибетские горы. Оказалось, что альпийские луга здесь сформировались в раннем олигоцене — существенно раньше, чем в остальных регионах на нашей планете. — Ancient orogenic and monsoon-driven assembly of the world's richest temperate alpine flora.
• Физиология, молекулярка. У большинства клеток в организме есть свои молекулярные часы, которые обеспечивают ритмичность их суточной активности. В новом исследовании показано, что основные белки молекулярных часов гепатоцитов, REV-ERBα и β, регулируют не только суточную активность самих гепатоцитов, но и работу остальных клеток печени. — The hepatocyte clock and feeding control chronophysiology of multiple liver cell types.
• Нейронауки. Немецкие ученые создали 3D-атлас цитоархитектоники головного мозга под названием Julich-Brain. Атлас является вероятностным и учитывает вариации в строении мозга, встречающиеся у разных людей. — Julich-Brain: A 3D probabilistic atlas of the human brain's cytoarchitecture.
• COVID-19. Китайские ученые получили вариант SARS-CoV-2, эффективно поражающий нижние дыхательные пути мышей линии BALB/c и вызывающий у них пневмонию. Исследователи полагают, что адаптированный для мышей штамм вируса поможет создать удобную модельную систему для тестирования вакцин. — Adaptation of SARS-CoV-2 in BALB/c mice for testing vaccine efficacy.
• Зоология. У глубоководных рыб-удильщиков в ходе эволюции появилась необычная стратегия размножения — половой паразитизм, при котором самец постоянно прикреплен к самке и живет за ее счет. В новом исследовании рассмотрены особенности функционирования иммунной системы у удильщиков, благодаря которым организм самки не отторгает "приросшего" самца, а в организме самца не образуются антитела против белков самки. В частности, у самцов удильщиков отсутствует этап созревания сродства при перестройках генов, кодирующих антитела, а у некоторых видов самцы утрачивают рекомбиназу RAG, необходимую для V(D)J-рекомбинации — ключевого молекулярного процесса, формирующего разнообразие антител и T-клеточных рецепторов. —  The immunogenetics of sexual parasitism.