Воскресное чтение. Обзор научной периодики за 4–10 мая (без коронавируса)

Неврология

1. Когда человек спит, его мозг «проигрывает» дневные впечатления. Это удалось доказать в ходе наблюдения за двумя индивидами, по состоянию здоровья подключенных к экспериментальным интерфейсам мозг-компьютер. Исследователи попросили участников немного подремать до и после того, как они выполнят несколько простых заданий в компьютерной игре на повторение последовательностей. Сигнал с интракортикальных электродов показал, что в мозгу участников испытаний во время послеигрового сна активировались те же последовательности нейронов, что и во время игры.

2. Исследование, опубликованное на этой неделе в Neurology, показало, что йога облегчает состояние пациентов с эпизодическими мигренями. Участников исследования случайным образом разделили на две группы; одни проходили классическое лечение, другим прописали занятия йогой. Спустя год у пациентов второй группы заметнее, чем у пациентов первой, понизились сила и частота головных болей, а также количество принимаемых обезболивающих таблеток.

Микробиология

3. Сигналы от микробиоты помогают дендритным клеткам, находящимся в неактивном состоянии, быстро реагировать и запускать работу адаптивного иммунитета при встрече хозяина с патогенами. Микробиота контролирует выработку интерферонов первого типа плазмоцитоидными дендритными клетками. Показано, что у стерильных мышей интерфероновый сигналинг слабее. Однако у этого механизма есть и негативные проявления: иммунный ответ может активироваться против безвредных антигенов при преодолении барьера периферической толерантности.

4. В Nature опубликовали результаты кросс-секционного исследования микробиоты европейцев. Оказалось, что у людей с ожирением (BMI ≥ 30) дисфункции микробиоты типа Bact2 (доля Bacteroides велика, а доля Faecalibacterium ниже среднего, как и плотность микробиоты в целом) встречается чаще, чем у худых или с избыточным весом (BMI < 30) (17,7% против 3,9%). Однако если человек с ожирением лечится статинами, вероятность дисфункции микробиома типа Bact2 снижается до 5,9%. Таким образом, статины не только снижают уровень холестерина в крови, но и благотворно влияют на кишечную микробиоту. Для подтверждения эффективности статинов в качестве препаратов, модулирующих микробиоту, необходимы дополнительные рандомизированные исследования.

Молекулярная и клеточная биология

5. В клетках млекопитающих различные типы липидов распределены между двумя слоями клеточной мембраны неравномерно. Авторы статьи, опубликованной на этой неделе в Nature Chemical Biology, конкретизировали это утверждение, используя компьютерное атомистическое моделирование и флуоресцентную спектроскопию. Оказалось, во внешнем листке плазматической мембраны содержится вдвое больше ненасыщенных фосфолипидов, чем во внутреннем, что делает его более плотным и менее текучим. Такая же биофизическая асимметрия сохраняется и в эндосомах более часа после их отделения от плазматической мембраны.

6. В ходе мейоза хромосомы рекомбинируют, обмениваясь участками ДНК, а затем расходятся. Необходимые для рекомбинации разрывы вносятся в двойную спираль не случайно, иначе риск, что короткие хромосомы неправильно рекомбинируют, был бы слишком велик. Внесением разрывов занимается белок Spo11 и вспомогательные белки, в том числе Rec114 и Mer2, которые помогают ему удержаться на хромосомах. В работе, опубликованной в Nature, показано, что в клетках дрожжей Saccharomyces cerevisiae за место образования двухцепочечного разрыва отвечают именно вспомогательные белки. Связывание белков с хромосомой зависит от удаленности места связывания от центромер и теломер. Для коротких хромосом работает особый механизм усиления связывания Rec114 и Mer2, что увеличивает вероятность успешной рекомбинации.

7. Дифференцировку гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) после трансплантации можно отследить с помощью анализа транскриптомов единичных клеток. На основе данных РНК-секвенирования ученые выделили 28 типов гемопоэтических клеток и проследили их судьбу в течение первой недели после трансплантации в мышиных моделях. Оказалось, что в первую неделю клетки дифференцируются, но почти не размножаются. По итогам дифференцировки в костном мозге и селезенке образуется больше всего мультипотентных клеток-предшественников, кроме того, некоторые ГСК дают начало клеткам-предшественникам мегакариоцитов и эритроцитов (MEP) и миелоидным.

8. Потеря фруктозо-1,6-бисфосфатазы 1 (FBP1) вызывает нарушения метаболизма клеток печени и стимулирует туморогенез. В клетках рака печени ген FBP1 не экспрессируется ни у людей, ни у мышей. Гепатоцит-специфичная делеция этого гена у мышей вызывает стеатоз и последующую активацию звездчатых клеток (запуск фиброгенеза) и их старение. Это происходит из-за того, что клетки с недостаточностью FBP1 выделяют провоспалительный цитокиновый медиатор HMGB1 (high-mobility group protein B1, амфотерин). Блокировка его выхода из клетки с помощью противовоспалительного агента — малой молекулы inflachromene препятствует активации звездчатых клеток и, как следствие, подавляет развитие рака печени. Обработка стареющих клеток «омолаживающим» коктейлем дазатиниб/кверцетин или противоопухолевым ABT-263 (навитоклакс) также замедляет развитие опухоли.

Новые технологии

9. Рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR), служат мишенями для многих лекарств, однако механизм терапевтического действия пока изучен не до конца. Чтобы выявить сигнальные пути, в которых задействованы G-белки, ученые создали набор из 14 оптимизированных биолюминесцентных резонансных биосенсоров Gaßy, получивший название TRUPATH. Он превосходит сенсоры первого поколения с аналогичным предназначением; это подтверждено испытаниями на различных рецепторах, сопряженных с G-белками, на разных клеточных линиях. С помощью TRUPATH были подтверждены ранее описанные сигнальные пути и выявлены новые для плохо изученных GPCR. Сейчас любая лаборатория может приобрести набор TRUPATH через Addgene.

Генетика

10. Биаллельные мутации гена сорбитолдегидрогеназы SORD оказались самой распространенной причиной возникновения рецессивной формы наследственной нейропатии. SORD превращает сорбитол во фруктозу во время одной из двух стадий полиолового пути. Исследователи проанализировали данные полноэкзомного секвенирования для 1 100 индивидов с наследственными нейропатиями и обнаружили 45 человек из 38 семей различного происхождения, несущих нонсенс-мутацию c.757delG в этом гене. Уровень сорбитола в сыворотке крови и в цитоплазме фибробластов этих людей был сильно повышен. У дрозофил потеря SORD вызывает дегенерацию синапсов и прогрессирующие нарушения моторных функций. Уровень сорбитола в культурах фибробластов от пациентов и у дрозофил можно снизить с помощью ингибиторов альдозоредуктазы; у дрозофил при этом восстанавливаются моторные функции. Полученные данные могут лечь в основу новой стратегии лечения наследственной нейропатии.

11. Исследователи собрали данные о геномах 89 человек, живших в Центральных Андах от 9 000 до 500 лет назад, и реконструировали направления миграций. В этот временной промежуток в разных регионах Анд существовали крупные индейские культуры, такие как Моче, Уари, Тиуанако и инки. Генетическая структура, которую мы видим у современных жителей региона, начала формироваться уже 5 800 лет назад. Затем имели место двунаправленные потоки генов на север и на юг, а 2 000 лет назад появились свидетельства о перемещениях генов между Андами и Аргентиной, а также между Северо-Западными Андами и бассейном Амазонки. Также индейцы, по всей видимости, мигрировали между различными регионами Анд.

12. В ходе полногеномного поиска ассоциаций в геномах людей европейского происхождения было обнаружено более 240 локусов, ассоциированных с диабетом 2 типа. Анализ геномов жителей Восточной Азии выявил 183 таких локуса, причем 61 из них не встречались у европейцев. Среди последних — варианты генов GDAP1, PTF1A, SIX3, ALDH2, а также гены, отвечающие за дифференцировку мышечных и жировых клеток. Полногеномные исследования разных популяций помогут определить неизвестные ранее молекулярные механизмы заболевания.

Эмбриология

13. С помощью секвенирования РНК единичных клеток ученые разобрались в молекулярных механизмах развития гипоталамуса. Было отсеквенировано 51 199 мышиных эктодермальных клеток. Выяснилось, что 9 подтипов глиальных клеток и 33 подтипа нейронов формируются уже к середине беременности, и за это отвечают конкретные сети регуляции генов. Дифференцировка ГАМК- и дофаминовых нейронов проходит через промежуточные стадии, причем дофаминовые нейроны появляются из пула предшественников ГАМК-нейронов. Также в гипоталамусе обнаружилось множество молекулярных сигналов, характерных для пролиферации и развития клеток коры головного мозга. Это лишь некоторые из закономерностей, которым подчиняются клетки гипоталамуса, развиваясь из гетерогенной массы в сложную нейронную конструкцию.

14. Стало известно, что ремоделирование базальной мембраны играет важную роль в раннем эмбриональном развитии тканей. Ученые показали на мышах, что после имплантации сигнальный путь Nodal стимулирует экспрессию металлопротеиназ, которые перфорируют базальную мембрану. Такое ремоделирование облегчает рост эмбриона до гаструляции. Установление переднезадней оси локализует активность металлопротеиназ: базальная мембрана должна быть сильнее перфорирована на задней стороне эмбриона, чтобы не мешать образованию первичной борозды. Таким образом, ремоделирование базальной мембраны вносит вклад в координацию роста и морфогенез эмбриона.