Журнал Science сентябрь 2020: Главные материалы

Публикуем обзор главных материалов сентябрьского выпуска журнала SCIENCE. Главные вопросы нового номера — как наука о больших данных расширила наши представления о развитии нервной системы, как кишечные бактерии усиливают эффективность терапии против опухолевых клеток, каким образом состав кишечной микробиоты может быть связан с хронической болезнью почек, а также новые исследования клеточного патогенеза, стабильный вариант S-белка для успешной разработки вакцин против нового короновируса и модель распространения коронавируса по Европе в период отмены ограничений.

PHOTO: SCIENCE

Нейробиология

Наука о больших данных стремительно преобразует различные области биологических знаний. Возможность заглянуть в самое сердце молекулярных процессов на уровне одиночных клеток позволяет посмотреть на, казалось бы, известные структуры и процессы с совершенно новой стороны. Не остаются в стороне и нейронауки. В новом обзоре, написанном дуэтом британских ученых, рассказывается, как наука о больших данных расширила наши представления о развитии нервной системы. — Looking at neurodevelopment through a big data lens.

Биология развития

Хотя план строения многих животных принципиально одинаков, продолжительность их жизни может варьировать в широких пределах. Причиной может быть различная скорость процессов формирования различных органов и структур тела в ходе эмбриогенеза. Два исследования в новом выпуске Science рассматривают, чем отличается временная шкала развития человека от таковой у мыши. Авторы первой работы выяснили, что у человека часы сегментации претерпевают колебания с периодом в 5-6 часов, а у мыши — с периодом в 2-3 часа. Подобные колебания в закладке сегментов связаны с ритмичными процессами деградации белков и активации экспрессии определенных генов. Авторы второго исследования сконцентрировались на временной шкале дифференцировки эмбриональных стволовых клеток в мотонейроны у человека и мыши. Дифференцировка мотонейронов у человека происходит вдвое медленнее, чем у мыши, и причина тому — повышенная стабильность белков и более протяженный клеточный цикл в клетках человека. — Species-specific segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds, Species-specific pace of development is associated with differences in protein stability.

Иммунология, клеточная биология

В ходе иммунного ответа на вторжение патогена в клетках происходит сборка инфламмасом, которые запускают созревание провоспалительных цитокинов и особый вид программируемой клеточной гибели — пироптоз. Новообразованные инфламмасомы собираются в единую структуру — агресому. В новой работе показано, что для сборки по крайней мере двух видов инфламмасом — NLRP3- и пиринзависимых — необходим центр организации микротрубочек. Для формирования инфламмасом и разрушения центра организации микротрубочек с помощью аутофагии необходим динеиновый белок-адаптер гистондеацетилаза 6 (HDAC6). — HDAC6 mediates an aggresome-like mechanism for NLRP3 and pyrin inflammasome activation.

COVID-19

Американские и английские ученые построили модель распространения коронавируса по Европе в период отмены ограничений. Они воспользовались данными по перемещениям между административными центрами Европы до и после введения ограничительных мер и показали, что в отсутствие координации при снятии ограничений в странах Европы, особенно жестких карантинных мер, может произойти повторный рост заболеваемости. — Assessing the impact of coordinated COVID-19 exit strategies across Europe.

Молекулярная физика

Формирование малой рибосомной субъединицы в эукариотической клетке начинается с синтеза длинного транскрипта 90S рРНК, который затем дает начало малой субъединице 40S. Две исследовательские группы применили криоэлектронную микроскопию, чтобы установить все стадии на пути от транскрипта 90S к малой субъединице 40S, и определили функции вспомогательных белков, координирующих этот процесс. — 90S pre-ribosome transformation into the primordial 40S subunit, Cryo-EM structure of 90S small ribosomal subunit precursors in transition states.

Рак

Иммунотерапия ингибиторами контрольных точек (чекпойнт-ингибиторами) позволяет активировать собственный иммунный ответ против опухолевых клеток, что во многих случаях приводит к излечению, однако такая терапия помогает не всем. Известно, что эффективность иммунотерапии чекпойнт-ингибиторами во многом зависит от состава кишечного микробиома пациентов. В новой статье канадских ученых сообщается, что некоторые кишечные бактерии продуцируют инозин, который дополнительно усиливает эффективность терапии. Введение инозина модельным мышам совместно с провоспалительными стимулами и иммунотерапии позволяет запустить мощный противоопухолевый T-клеточный ответ. — Microbiome-derived inosine modulates response to checkpoint inhibitor immunotherapy, биомолекула: Кишечная микрофлора: третий нелишний в иммунотерапии рака.

SARS-CoV-2

Для успешной разработки нейтрализующих антител и вакцин против SARS-CoV-2 необходим вариант S-белка, который бы успешно синтезировался в клетках млекопитающих и был достаточно стабильным, чтобы выдерживать замораживание и нагревание. К сожалению, ни природный вариант S-белка, ни его более стабильная форма, которая была использована для получения структур высокого разрешения, этими свойствами в нужной мере не обладают. Исследователи из Университета Техаса с помощью введения замен смогли получить стабильный и активно экспрессирующийся вариант S-белка, который они назвали HexaPro. — Structure-based design of prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spikes.

Физиология

Американские ученые исследовали, каким образом состав кишечной микробиоты может быть связан с развитием хронической болезни почек. Известно, что у человека излишки поступающих с пищей белков стимулируют продукцию сероводорода, индола и индоксилсульфата кишечными бактериями, причем два последних вещества действуют как токсины для почек. В новой работе показано, что потребление пищи, богатой серосодержащими аминокислотами (цистеином и метионином) повышает активность микробных триптофаназ, из-за чего возрастает продукция повреждающих почки индола и индоксилсульфата. — Diet posttranslationally modifies the mouse gut microbial proteome to modulate renal function.

Физиология растений

Чтобы получать достаточно фосфата, необходимого для роста, многие растения, обитающие на бедных почвах, образуют огромное количество корневых волосков. Бельгийские ученые установили, что у арабидопсиса повышенное образование корневых волосков происходит благодаря повышению активности генов-мишеней транскрипционного фактора TARGET OF MONOPTEROS 5 / LONESOME HIGHWAY (TMO5/LHW). Белок TMO5/LHW запускает синтез цитокинина в клетках сосудистой системы при фосфорном голодании, а также влияет на клетки корневого эпидермиса, вызывая рост дополнительных волосков. Таким образом, фитогормон цитокинин является связующим звеном между клетками сосудов, распознающих нехватку фосфата в воде, поступающей из почвы, и эпидермисом корня. — Vascular transcription factors guide plant epidermal responses to limiting phosphate conditions.

Источник: Science, Биомолекула