SciNat за ноябрь 2020 #4: связь лейкоцитов и кишечного микробиома, 3D-геномика данио-рерио и контроль трансляции в митохондриях

29 ноября 2020, 06:13

На этой неделе из очередных выпусков ведущих научных журналов мы узнаем, что на данный момент известно о молекулярных причинах фиброза, как на лесах умеренного пояса отразилось глобальное потепление и как происходит определение пола у перепончатокрылых на примере ос. Мы разберемся, каким образом самка дрозофилы принимает решение о вступлении в контакт с самцом, какие черепахи имеют наибольшие шансы на успешное переселение и почему плюрипотентным клеткам не нужен белок, играющий важнейшую роль в защите концов хромосом.

Партнер публикации дайджеста — компания QIAGEN (Германия), мировой лидер по разработке реагентов и оборудования для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области молекулярной биологии.

Nature #587 (7835) + онлайны: генетическое разнообразие ячменя и пшеницы, эволюция конечности и иммунные зоны печени

Медицина. Новая обзорная статья посвящена фиброзу — патологическому процессу, который сейчас в связи с пандемией COVID-19 стоит остро как никогда. Хотя долгое время фиброз считали необратимым, многочисленные исследования, выполненные на разных системах органов, показали, что в действительности фиброз является высокодинамичным процессом, которым теоретически можно управлять. Авторы работы обсуждают последние исследования, посвященные молекулярным и клеточным основам фиброза, и возможные подходы к противодействию фиброзу. — Fibrosis: from mechanisms to medicines.
Физиология, биохимия. Еще один обзор в новом выпуске Nature посвящен последним успехам в изучении механочувствительных ионных каналов. С их помощью клетки переводят механические сигналы в химические и электрические. Механочувствительные ионные каналы обеспечивают восприятие звуков, прикосновений, а также выполняют роль сенсоров кровяного давления. За последние несколько лет были охарактеризованы новые семейства механочувствительных ионных каналов, такие как PIEZO и OSCA/TMEM63, а также детально описаны ранее известные, в том числе с помощью микроскопии сверхвысокого разрешения. — Discoveries in structure and physiology of mechanically activated ion channels.
Геномика. Генетическое разнообразие — ключ к получению разнообразных новых сортов культурных растений и усовершенствованию уже существующих. Всё генетическое разнообразие данного вида культурных растений известно как пангеном. Большой международный коллектив ученых воссоздал пангеном ячменя ( Hordeum vulgare) на основании геномов 20 различных его разновидностей и сортов. Оказалось, что у ячменя наблюдается высокий полиморфизм по крупным инверсиям, в частности, две конкретные инверсии характерны для элитных сортов ячменя. — The barley pan-genome reveals the hidden legacy of mutation breeding.
Молекулярка. Сразу два новых исследования посвящены роли белка TRF2, который входит в состав белкового комплекса шелтерина, защищающего концы хромосом. Хотя в клетках большинства типов отсутствие TRF2 приводит к неконтролируемому слиянию обнажившихся концов хромосом и, в конце концов, к смерти, плюрипотентным стволовым клеткам TRF2 не очень-то и нужен. К такому неожиданному выводу пришли авторы двух статей, работавшие с эмбриональными стволовыми клетками. Оказалось, что во время раннего эмбрионального развития клетки в отсутствие TRF2 запускают особый модифицированный путь репарации, благодаря которому слияния теломер разных хромосом не происходит, и клетки продолжают делиться. — TRF2-mediated telomere protection is dispensable in pluripotent stem cells, TRF2-independent chromosome end protection during pluripotency.
Иммунология, микробиом. Американские ученые изучили взаимосвязь изменений в составе иммунных клеток с кишечным микробиомом на примере пациентов, страдающих от злокачественных заболеваний крови и восстанавливающихся после химиотерапии и пересадки костного мозга. Столь агрессивное медицинское вмешательство уничтожает ранее установившийся баланс как среди клеток крови, так и кишечных бактерий, поэтому наблюдение за пациентами позволило пронаблюдать, как складываются взаимоотношения иммунной системы и кишечного микробиома "с нуля". Ежедневный анализ популяций нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов, а также образцов микробиоты позволил установить связи между определенными изменениями в иммунной системе и численности некоторых видов бактерий. — The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans.
Палеонтология. Детали перехода позвоночных от жизни в воде к жизни на суше до сих пор не выяснены. По сути, все наши знания о переходе от воды к суше базируются на ископаемых останках нескольких промежуточных форм, таких как тиктаалик. Американские ученые провели детальный анализ 40 хорошо сохранившихся ископаемых плечевых костей древних предков четвероногих и восстановили примерный ход эволюции от плавника к конечности с учетом адаптивных экологических ландшафтов. Вероятно, древние тетраподы начали в полной мере пользоваться конечностями для перемещения, лишь когда плечевая кость утратила L-образную форму, которая имелась у ранних форм, только начинавших осваивать сушу. — Functional adaptive landscapes predict terrestrial capacity at the origin of limbs.
Молекулярка. Коллектив американских ученых заявил о создании карты цис-регуляторных элементов генома рыбки данио-рерио, а также детально изучил пространственную организацию ее генома. Авторы исследования изучили образцы одиннадцати тканей взрослой рыбы и двух эмбриональных тканей с помощью множества высокопроизводительных методов: секвенирования РНК, Hi-C, ATAC-seq, ChIP и полногеномного бисульфитного секвенирования. Ученым удалось получить полную транскриптомную карту, атлас цис-регуляторных элементов, а также изучить метиломы и 3D-организацию хроматина в различных типах клеток данио-рерио. — A map of cis-regulatory elements and 3D genome structures in zebrafish, биомолекула: Модельные организмы: данио рерио.
Геномика. Еще один злак удостоился пристального внимания большого международного коллектива биологов. Этим злаком стала пшеница, генетика которой весьма запутанна из-за ее сложного полиплоидного генома. Авторы исследования смогли получить геномные последовательности разных сортов и разновидностей гексаплоидной пшеницы с целью изучения ее глобального разнообразия. Анализ полученных последовательностей позволил выявить массу геномных перестроек, ассоциированных с приспособлением к разным средам обитания и стрессам, а также с особенностями зерна. — Multiple wheat genomes reveal global variation in modern breeding.
Иммунология. Кровь, проходящая через воротную систему кровеносных сосудов печени, проходит строгий контроль резидентных иммунных клеток печени, которые защищают организм от патогенов, выходящих из кишечника. Однако, в отличие от лимфоидных органов, четко подразделенных на зоны с разными иммунными клетками, в дольках печени распределение иммунных клеток кажется однородным. В новом исследовании с помощью нескольких различных подходов, таких как транскриптомика и математическое моделирование, было показано, что зональность в расположении иммунных клеток присуща и печени. Миелоидные и лимфоидные клетки сконцентрированы преимущественно в перипортальных зонах долек печени. Более того, локализация иммунных клеток в ткани печени находится под контролем эндотелиальных клеток, выстилающих синусоиды печени и отслеживающих появление в крови незваных гостей из кишечника. — Commensal-driven immune zonation of the liver promotes host defence.
Нейробиология. Ученые из Медицинского института Говарда Хьюза выяснили, какие особенности самца дрозофилы заставляют самку "отдаться" ему. Они описали нейронные цепочки мозга самки, которые ответственны за решение о спаривании с конкретным самцом. У мух спаривание происходит после открытия вагинальных пластин самки, которое происходит под действием песни самца и внутренних стимулов. Оказалось, что открытие вагинальных пластин находится под контролем пары специфичных для самок нисходящих нейронов, которые получают сигналы как от нейронов, воспринимающих песню самца, так и нейронов, собирающих информацию о половом статусе самки. Благодаря такой схеме, в частности, оплодотворенные самки не вступают в повторный половой контакт. — Neural circuit mechanisms of sexual receptivity in Drosophila females, биомолекула: Модельные организмы: дрозофила.

Компания Qiagen приглашает на вебинар: "Цифровая ПЦР от QIAGEN: первое представление систем QIAcuity в России", который состоится 9 декабря 2020 г. Регистрируйтесь!

Science #370 (6520) + онлайны: новый регулятор РНК-полимеразы, гетерозиготные черепахи и определение пола у ос

Биофизика. В новом обзоре обобщены последние успехи в применении вычислительной молекулярной физики к белкам. Авторы обзора обсуждают, каким образом удалось приспособить вычислительную молекулярную физику к временной шкале, соответствующей длительности процессов внутри клетки: фолдинг белка, взаимодействие лиганда с рецептором, конформационные перестройки белков. Новые подходы, такие как глубокое обучение, в будущем еще больше расширят возможности применения вычислительной молекулярной физики в биологии. — Protein storytelling through physics.
SARS-CoV-2. Коллектив американских ученых провел масштабный анализ репертуаров антител сотен пациентов с COVID-19 с помощью технологии VirScan. В ходе скрининга было выявлено множество возможных эпитопов в составе вирионов SARS-CoV-2. Часть из этих эпитопов была специфична для SARS-CoV-2, но некоторые эпитопы также присутствовали в составе частиц других человеческих коронавирусов, вызывающих легкую простуду. Кросс-реактивные антитела, распознающие эпитопы последнего типа и потому эффективные против нескольких видов коронавирусов, удалось выявить и в образцах, взятых до пандемии COVID-19. Авторы работы разработали новый метод, основанный на машинном обучении, который позволяет по составу антител в крови пациента восстановить его историю взаимодействия с SARS-CoV-2. Кроме того, ученые установили связь между тяжестью протекания COVID-19 и гуморальным ответом на вирус. Они показали, что чаще всего госпитализация необходима пациентам, в организме которых в ответ на SARS-CoV-2 развился мощный гуморальный ответ, при том что прошлые инфекции вызывали появление сравнительно невысокого уровня антител. — Viral epitope profiling of COVID-19 patients reveals cross-reactivity and correlates of severity, биомолекула: SARS-CoV-2, Следствие ведет ВироСкан. Новый подход выявляет большинство вирусов, с которыми сталкивался человек.
Клеточная биология. Формирование эпителиев в ходе развития организма требует быстрой реорганизации клеток под действием механического напряжение при сохранении физической целостности эпителиального барьера. Как показало недавнее исследование на дрозофиле, важнейшую роль в координации поведения клеток развивающегося эпителия играют зоны межклеточных контактов, в которых сходятся три клетки. При встрече трех клеток между ними формируются временные адгезионные контакты при участии регуляторного белка Canoe/Afadin, который приходит в зону контакта при механическом напряжении. Когда клетки перестраиваются и механическое напряжение уходит, Canoe/Afadin фосфорилируется при участии белка Abl и покидает зону контакта. — Abl and Canoe/Afadin mediate mechanotransduction at tricellular junctions.
Молекулярка. Китайские ученые описали новый белковый комплекс с фосфатазной активностью, регулирующий работу РНК-полимеразу II. Комплекс получил название INTAC (от англ. Integrator-PP2A complex). В его состав входит фосфатаза PP2A и многосубъединичная РНК-эндонуклеаза Integrator. INTAC может дефосфорилировать C-концевой хвост РНК-полимеразы II, тем самым останавливая транскрипцию. — Identification of Integrator-PP2A complex (INTAC), an RNA polymerase II phosphatase.
Экология. В последние годы в лесах умеренного пояса период активной вегетации увеличился из-за более раннего просыпания почек и более позднего опадения листьев. Однако, как показало недавнее исследование, эта тенденция скоро может измениться. Оказалось, что повышенная фотосинтетическая активность приводит к тому, что листья деревьев начинают опадать раньше. Таким образом, леса умеренного пояса обладают ограниченной способностью к смягчению изменений климата за счет поглощения углекислого газа. — Increased growing-season productivity drives earlier autumn leaf senescence in temperate trees.
Экология, охрана природы. Одной из стратегий для спасения видов, оказавшихся под угрозой вымирания, является их переселение в новые места обитания. Некоторые ученые советуют при заселении нового ареала выбирать особей, обитающих в сходных условиях. Другие специалисты считают, что необходимо выбирать особей с наивысшими способностями к адаптации. В новой работе проанализированы данные по переселению черепах вида пустынный западный гофер ( Gopherus agassizii). Авторы работы показали, что, хотя черепахи в целом плохо приживались на новом месте, лучше всего приспосабливались черепахи с наибольшей степенью гетерозиготности. — Individual heterozygosity predicts translocation success in threatened desert tortoises.
Иммунология, рак. Получение иммунных клеток, специфичных к клеткам опухолей, было и остается важнейшей задачей противораковой иммунотерапии. Ученые из Калифорнийского университета создали T-клетки, которые могут распознавать до трех антигенов внутри или снаружи раковых клеток одновременно и интегрировать их с помощью логических операций НЕ, И, ИЛИ в единый ответ. Интеграция возможна благодаря искусственным рецепторам Notch, которые позволяют на уровне транскрипции объединять в единое целое несколько событий распознавания антигена рецептором. — Precise T cell recognition programs designed by transcriptionally linking multiple receptors.
Молекулярка. Митохондрии содержат не только собственную ДНК, но и свой аппарат белкового синтеза, представленный миторибосомами. На миторибосомах происходит трансляция некоторых субъединиц белковых комплексов дыхательной цепи. Британские ученые изучили механизм контроля качества белков, синтезируемых миторибосомами. Они показали, что при нарушениях элонгации трансляции два белка, известные как mtRF-R и MTRES1, обеспечивают выход из миторибосомы незрелых пептидов и тРНК. — Elongational stalling activates mitoribosome-associated quality control.
COVID-19. Американские ученые изучили эффективность коктейля из двух антител к SARS-CoV-2 на макаках резус, у которых инфекция развивается в легкой степени, и хомячках, на которых моделируют тяжелую степень COVID-19. Эта гремучая смесь антител, известная как REGN-COV2, облегчает тяжесть инфекции и у макак, и у хомячков, что свидетельствует о ее мощном терапевтическом потенциале. — REGN-COV2 antibodies prevent and treat SARS-CoV-2 infection in rhesus macaques and hamsters.
Генетика пола. Голландские ученые исследовали механизм определения пола у паразитической осы Nasonia vitripennis. У перепончатокрылых насекомых из неоплодотворенных гаплоидных яиц развиваются самцы, а из оплодотворенных диплоидных, содержащих копию мужского генома, развиваются самки. Как оказалось, у осы Nasonia vitripennis имеется ген wasp overruler of masculinization, который сайленсирован в гаплоидных яйцах, из которых развиваются самцы, однако активируется при оплодотворении, поэтому из диплоидных яиц развиваются самки. Этот ген имеет химерное происхождение и возник в результате дупликаций генов и геномных перестроек. — A chimeric gene paternally instructs female sex determination in the haplodiploid wasp Nasonia, биомолекула: Вопросы пола.

biomolecula.ru