Управление формой клеток с помощью света и другие новости недели

Память

1. Исследователи из Австрии и Нидерландов проанализировали, как сон влияет на формирование воспоминаний. В исследовании, опубликованном в Neuron, крысы запоминали расположение лакомств в лабиринте. При этом авторы регистрировали активность нейронов гиппокампа, ответственного за пространственное восприятие, во время обучения и в периоды сна и отдыха после него (всего около 20 часов). Оказалось, что на ранних стадиях сна активны те же нейроны, что участвовали в процессе запоминания. Однако постепенно картина нейронной активности меняется. «Просыпаются» нейроны, возбуждение которых регистрируется, когда крысы вспоминают, где находится вознаграждение, после пробуждения. Эта реорганизация происходит только во время медленного сна (NREM), в то время как фаза быстрого движения глаз (REM) препятствует ей.

2. В другой работе, опубликованной в Nature Neuroscience, авторам из Германии и Швейцарии представилась возможность изучить данные, полученные при имплантации электродов в мозг людям с лекарственно-устойчивой эпилепсией с целью точного определения очагов эпилептических припадков перед операцией. Эти электроды позволяют записывать активность отдельных клеток мозга. Участникам исследования необходимо было запомнить, а затем правильно указать последовательность изображений, показанных им на экране. Логичным кажется, что нейроны будут возбуждаться в той же последовательности, что и при восприятии. Такова и была преобладающая до сих пор теория, но, вопреки ожиданиям, порядок возбуждения нейронов отличался от того, который зафиксировали при запоминании. Новая концепция предполагает более сложные взаимодействия между временем восприятия изображений, фазой колебаний электрической активности мозга (например, тета-ритма) и сигналами от отдельных нейронов.

Механочувствительные сенсоры

3. Международная группа ученых представила в журнале Cell работу, благодаря которой стали известны новые подробности того, как 500 миллионов нейронов кишечника обеспечивают его перистальтику. Оказалось, что важную роль в этом процессе играет механочувствительный ионный канал PIEZO1, за открытие которого была присуждена Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2021 году. В экспериментах на мышах оптогенетическая стимуляция PIEZO1-нейронов, передающих свои «сообщения» с помощью нейромедиатора ацетилхолина, усиливала подвижность толстой кишки. Дефицит PIEZO1, напротив, снижал активность таких нейронов, замедлял перистальтику и препятствовал увеличению подвижности желудочно-кишечного тракта при физической нагрузке. Кроме того, нарушение функции PIEZO1 в энтеральных нейронах способствует усилению симптомов воспалительных заболеваний кишечника, а значит, может быть мишенью для терапевтического воздействия.

4. Согласно другому исследованию ученых из США, механочувствительный ионный канал PIEZO2 участвует в развитии идиопатического легочного фиброза (ИЛФ). Повышенная экспрессия PIEZO2 была обнаружена в легочной ткани пациентов с ИЛФ и нескольких мышиных моделей фиброза легких, а также в первичных фибробластах легких человека в культуре, которые и играют ключевую роль в фибротическом процессе. Фибробласты легких, выращенные на более жестких субстратах, приобретали профибротические свойства, вырабатывали способствующие фиброзу матриксные белки и дифференцировались в миофибробласты, ответственные за образование рубцов. Ученым удалось предотвратить профибротическое перепрограммирование фибробластов, подавив активность PIEZO2 с помощью малых интерферирующих РНК или заблокировав их пептидным ингибитором механочувствительных ионных каналов.

Нейробиология

5. В журнале Science вышла работа ученых из США, в которой сообщается о ранее неизвестном нейронном контуре, контролирующем «гедонистическое питание», или еду ради удовольствия. Нейроны проецируются из области мозга, окружающей голубое пятно (peri-locus coeruleus) в вентральную область покрышки (VTA), контролирующую потребление вкусной пищи. У мышей искусственное повышение активности дофаминовых нейронов VTA (VTA^DA нейронов) во время приема пищи увеличивало как количество, так и продолжительность ее употребления, а подавление, напротив, снижало эти показатели. Когда мыши не ели, активация VTA^DA нейронов не заставляла животных приближаться к пище и не увеличивала ее потребление. При этом нейроны голубого пятна способны непрямым путем подавлять VTA^DA нейроны. Препарат для борьбы с ожирением семаглутид сначала уменьшал продолжительность потребления вкусной пищи, что сопровождалось снижением активности VTA^DA нейронов, однако их искусственная активация частично нейтрализовала этот эффект. Более того, по мере снижения веса мышей, получающих семаглутид, активность VTA^DA нейронов возрастала, повышая потребление вкусной пищи, что можно предотвратить путем ингибирования нейронов VTA^DA.

Доставка лекарств

6. Ученые из США разработали новый способ доставки лекарств в виде суспензии крошечных кристаллов. Это позволит применять препараты в более высоких дозах и одновременно минимизировать болевые ощущения от инъекций, поскольку их можно вводить через достаточно тонкую иголку. В качестве растворителя ученые использовали биосовместимое соединение бензилбензоат. Он не смешивается с биологическими жидкостями, что позволяет кристаллам собираться в очень компактный имплантат под кожей в месте инъекции. Более того, регулируя плотность с помощью добавления биоразлагаемого полимера поликапролактона, можно настраивать скорость высвобождения лекарства. По мнению авторов, такой подход может оказаться полезным для доставки контрацептивов длительного действия и других препаратов, которые требуют длительного приема.

Болезнь Альцгеймера

7. Ученые из США и Канады предложили неинвазивный и экономически выгодный тест для раннего выявления когнитивных нарушений и оценки риска развития болезни Альцгеймера, основанный на восприятии запахов. Таким тестом можно воспользоваться самостоятельно в домашних условиях. Исследование подтвердило снижение способности определять, различать и запоминать запахи с возрастом. Пожилые люди с легкими когнитивными нарушениями набирали меньше баллов в тесте на распознавание запахов по сравнению с пожилыми людьми с нормальными когнитивными функциями. Даже незначительная потеря обоняния может быть ранним признаком таких нейродегенеративных заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Выявление с помощью подобного теста когнитивных нарушений за годы до того, как появятся симптомы болезни Альцгеймера и произойдет ухудшение памяти, может помочь вовремя начать необходимую терапию.

8. Постоянно повышенный уровень сахара в крови изменяет работу мозга, ослабляя функцию нейронов так называемой передней поясной коры. Об этом свидетельствуют данные ученых из США. Это приводит к нарушению восприятия вознаграждения и угнетению памяти, а также вызывает легкие когнитивные нарушения, подобные тем, что наблюдаются на ранних стадиях болезни Альцгеймера. Благодаря этой работе ученым удалось лучше разобраться в связи гипергликемии и повышенного риска нейродегенеративных и психических патологий, которая до сих пор плохо изучена.

Направленный дизайн клеток

9. Ученые из Германии и США создали светочувствительную форму фермента GEF, который запускает каскад изменений формы клеток и их движение, и внедрили в яйцеклетки морской звезды — классического модельного организма при изучении этих процессов. Исследование опубликовано в Nature Physics. Стимуляция ооцитов морских звезд светом активировала фермент, что, в свою очередь, заставляло клетки колебаться и двигаться предсказуемым образом. Более того, световое воздействие на определенные точки вокруг клетки позволило растянуть ее и изменить форму с округлой на более угловатую. Такой инструмент может быть полезен в направленном дизайне синтетических клеток для различных нужд биомедицины и клеточных технологий.

Антибиотики

10. Ученые из США и Канады описали новый антибиотик лариоцидин, секретируемый почвенными бактериями рода Paenibacillus. Он представляет собой пептид в форме лассо, в котором через петлю, образованную аминокислотами на одном конце, продет противоположный конец. Благодаря такой необычной пространственной структуре лариоцидин связывается с малой субъединицей рибосомы в уникальном сайте, нарушая синтез белка. Это делает его устойчивым к воздействию защитных механизмов, которые бактерии развили к другим антибиотикам, также нарушающим функцию рибосом. Под действием лариоцидина редко развивается резистентность, он не токсичен для клеток человека. Кроме того, сильный положительный заряд позволяет молекуле лариоцидина легко проходить сквозь мембраны бактериальных клеток без участия специальных транспортерных белков, что делает его антибиотиком широкого спектра действия.

Старение

11. Накопление сенесцентных клеток в процессе старения является одной из причин ослабления различных функций организма и возрастных патологий. Исследование ученых из Китая позволило выявить новое мощное сенолитическое соединение с низкой токсичностью, способное устранять сенесцентные клетки — ганодериновую кислоту A (GAA), которую можно получить из гриба-трутовика Ganoderma lucidum. Лечение GAA продлевало продолжительность жизни и улучшало состояние нематод C. elegans так же эффективно, как и известный своей сенолититической активностью рапамицин. Введение GAA увеличивало продолжительность жизни старых мышей, облегчая физическую, метаболическую и мозговую дисфункцию, а также уменьшало накопление сенесцентных клеток и снижение физиологической функции в различных органах при преждевременном старении после облучения. Кроме того, лечение GAA предотвращало ассоциированные со старением изменения у мышей с ожирением, вызванным западной диетой. Геропротекторные свойства GAA обусловлены поддержанием нормальной функции рибосом. Полученные результаты позволяют говорить о целесообразности применения GAA в качестве новой сенотерапевтической стратегии для предотвращения возрастных заболеваний.

Клещи

12. Иногда у людей и некоторых других животных развивается приобретенная устойчивость к укусам клещей, например, за счет выработки антител, которые заставляют клещей преждевременно открепляться. Ученые из США и Нидерландов разработали платформу для быстрого скрининга и определения антител к более чем 3000 антигенам клещей Ixodes scapularis, которые являются основными переносчиками патогенов в Северной Америке. Проанализировав образцы морских свинок после укусов клещами, а также людей с приобретенной устойчивостью к клещам и с болезнью Лайма, авторы обнаружили, что многие клещевые антигены, распознаваемые иммунной системой, представляют собой белки с гистамин-связывающими доменами. Эта работа позволила лучше изучить формирование иммунного ответа на I. scapularis и выявить иммуногенные антигены-кандидаты для разработки противоклещевых вакцин в будущем.

Метаболизм

13. Сукралоза широко используется как заменитель сахара. Исследование ученых из Германии и США, в котором 75 молодых участников употребляли напитки, содержащие сукралозу, сахарозу или воду, показало, что сукралоза усиливает кровоток к гипоталамусу, области мозга, которая регулирует аппетит. Данные опубликованы в Nature Metabolism. В отличие от сахарозы, сукралоза не приводит к выработке некоторых гормонов, создающих чувство сытости. Это сбивает мозг с толку, поскольку восприятие сладкого вкуса не сопровождается ожидаемым получением калорий и энергии. Со временем это несоответствие изменяет реакцию на сладкое и заставляет сильнее хотеть его. Кроме того, сукралоза вызывает усиление функциональных связей между гипоталамусом и областями мозга, участвующими в мотивации и соматосенсорной обработке. Также оказалось, что по сравнению с людьми нормального веса, сукралоза сильнее повышает чувство голода и активность гипоталамуса у людей с ожирением, а у женщин отмечаются более значительные изменения в активности мозга, чем у мужчин.

14. Ученые из США раскрыли секрет выносливости лошадей, выявив мутацию в гене KEAP1, возникшую у их предков более 5000 лет назад, из-за которой появляется преждевременный стоп-кодон. Однако вместо синтеза более короткой формы белка это приводит к появлению цистеина на этом месте (C15). Такой KEAP1 становится более чувствителен к активным формам кислорода, что повышает активность NRF2, усиливает работу митохондрий, выработку АТФ и экспрессию антиоксидантных генов, снижая окислительный стресс. Благодаря этой адаптации организм лошадей увеличивает производство энергии в митохондриях и одновременно снижает окислительный стресс, чем и обусловлены прекрасные физические данные этих животных.

Подробнее – на PCR.News