На ранних этапах болезни костные клетки не дают делиться метастазным гостям, пришедшим к ним от рака груди.
Рак груди, как и другие виды злокачественных опухолей, рассылает метастазы по организму, и его метастазные клетки часто оседают в костях. Но не всегда из них сразу формируется вторичная опухоль – бывает, что метастазные клетки, придя в кость, сидят в ней до 20–30 лет. Если больного смогли вылечить от первичной опухоли, то он выглядит абсолютно «безраковым» – пока эти клетки внезапно не просыпаются.
Дело тут в том, что кости сами по себе тормозят деление раковых клеток. Известно, что у больных с уже вполне развившейся опухолью груди, которая уже начала рассылать метастазы, начинают плохо работать костные клетки остеобласты. Их задача – наращивать кость: они производят межклеточное вещество с коллагеном и минералами. Но столкнувшись с раковыми клетками, остеобласты перестают делать костное вещество; в результате кость теряет в плотности и слабеет.
Но остеобласты при этом не сидят без дела. Исследователи из Университета Томаса Джефферсона пишут в Breast Cancer Research, что клетки кости направляют энергию на синтез белков, которые тормозят деление раковых клеток. Авторы работы экспериментировали с остеобластами мыши и человека – и те, и те, встретив метастазную клетку от рака груди, выделяли сигнальные молекулы, которые, в свою очередь, стимулировали в раковых клетках синтез белка, регулирующего клеточный цикл; он и блокировал безудержное деление злокачественных гостей.
Важно было, чтобы остеобласты, так сказать, лично встретились с раковой клеткой; те костные клетки, которые не соприкасались с раковыми, никак на тех не влияли. При этом остеобласты тормозили деление клеток от разных типов рака груди, в том числе и от самого неприятного – того, которого называют трижды негативным и который очень трудно поддаётся лечению.
Исследователи подчёркивают, что взаимоотношения костей и метастазов зависит от стадии болезни. На поздних этапах рака опухолевые клетки заставляют окружение работать на себя, то есть они принуждают костную ткань создать для них благоприятные условия. (Вообще злокачественные клетки часто используют такой трюк; недавно мы писали о том, что они даже из иммунных клеток способны делать себе помощников.) Но на ранних стадиях болезни кость способна поставить заслон для опухоли и в течение многих лет не давать появляться вторичным опухолям. Если удастся подробнее расшифровать тот молекулярные механизм, с помощью которого костные клетки держат раковые в узде, то, возможно, можно будет создать средство, позволяющее эффективно останавливать метастазы – хотя бы те, что происходят из опухолей груди.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь
Участки мозга, обслуживающие рабочую память, меняются по мере нашего взросления и старения.
Среди разных видов памяти психологи и нейробиологи выделяют рабочую память, которая хранит информацию, необходимую нам прямо сейчас. Мы уже как-то рассказывали подробно о том, что такое рабочая память и как она работает. Её роль трудно переоценить – она необходима для таких интеллектуальных операций как обучение, понимание и рассуждение, и без рабочей памяти мы бы в прямом смысле не могли б связать и двух слов.
Но любая память с возрастом меняется, и меняется не в лучшую сторону. Возрастным изменениям в рабочей памяти посвящено множество исследований, и сотрудники Высшей школы экономики и Йоркского университета подвели здесь некоторый итог, проанализировав 82 работы на эту тему. В общей сложности они охватывали 2020 человек, которых можно было разделить на три возрастные группы: 18–35 лет, 35–55 лет и 55–85 лет.
Все они проходили через разные варианты одного и того же когнитивного теста: им демонстрировали серию объектов, в которой нужно было опознать образ, который уже был в серии какое-то количество позиций назад. Тест указывал на состояние рабочей памяти – именно она должна была удерживать виденные объекты, чтобы можно было узнать их снова. За активностью мозга у участников эксперимента следили с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
В статье в NeuroImage говорится, что при выполнении теста на рабочую память можно было увидеть согласованную работу разных зон префронтальной коры мозга. Но лучше всего они согласовывались у молодых людей, хуже – у людей среднего возраста, и ещё хуже – у пожилых. При этом стареющий мозг пытается скомпенсировать неполадки: с возрастом в нём активизируются теменные области коры, что может свидетельствовать о функциональной реорганизации механизмов рабочей памяти, о том, что теменные зоны пытаются помочь не справляющимся префронтальным.
По словам авторов работы, по их наблюдениям нельзя сказать, что с возрастом навыки рабочей памяти ухудшаются, но в то же время можно предположить, что в течение жизни у людей меняются стратегии использования рабочей памяти для решения тех или иных задач. То есть, грубо говоря, с возрастом память в прямом смысле начинает работать иначе.
Новые результаты сопоставимы с предыдущими, которые получились при анализе исследований, посвящённых устройству рабочей памяти у детей. (У них при выполнении вышеописанного теста активизируются не только префронтальная кора и теменная кора, но и другие зоны мозга.) Дальнейшие исследования в этой области позволят разобраться в том, как в процессе развития у человека изменяются механизмы рабочей памяти и как её можно улучшить, если с ней возникли проблемы – будь то в молодом, среднем или пожилом возрасте.
По материалам пресс-службы НИУ ВШЭ
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь
У детей, рождённых раньше срока, грудное молоко повышает уровень веществ, необходимых для развития мозга.
У грудного молока много полезных свойств: младенцы, которых кормят грудью, лучше сопротивляются плохой экологии, у них впоследствии меньше шансов получить ожирение, они реже болеют злокачественными заболеваниями, более того, один из молочных белков защищает иммунные клетки от проникновения в них ВИЧ.
Сотрудники Детского национального медицинского центра (США) добавили к полезным свойствам грудного молока ещё одно: оказывается, оно помогает мозгу детей, родившихся раньше срока. Исследование проводили с детьми, которые родились через 32 недели беременности или раньше (нормальный срок составляет 37-39 недель) и весили менее полутора килограмм. С помощью протонной магнитно-резонансной томографии у них изучали мозжечок и белое вещество в правой лобной доле коры. Протонная томография позволяет определить химический состав нервной ткани. Выяснилось, что в мозге детей, которых кормили грудным молоком, и в мозге детей, которых кормили детской питательной смесью, отличается уровень некоторых важных веществ.
Так, у детей, которых кормили молоком, в белом веществе лобной доли было больше инозитола, а в мозжечке – креатина. Инозитол – это углевод, который синтезируют разные ткани и органы, но особенно много его в мозге: здесь он сидит в клеточных мембранах, помогая нейромедиаторам и некоторым стероидным гормонам взаимодействовать со своими рецепторами на клетках. Креатин, в свою очередь, облегчает восстановление энергетических запасов, что особенно важно для мозга, тем более – для стремительно развивающегося мозга младенца. То, что в мозге повышен уровень этих веществ, говорит о том, что он быстро меняется, быстрее созревает, что опять же очень важно для детей, родившихся недоношенными.
Ранее те же исследователи обнаружили, что грудное молоко стимулирует развитие мозга у детей, родившихся прежде срока; новые данные помогают понять, какие метаболические механизмы при этом задействованы. Свои результаты авторы работы сообщили на ежегодной педиатрической конференции, которая проходит сейчас в Балтиморе.
По материалам MedicalXpress.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь
В Восточной Сибири на глубине двух километров нашли бактерию, которая может жить без кислорода и солнечного света.
Исследователи из Томского государственного университета вместе с коллегами из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН описывают в The ISME Journal бактерию Desulforudis audaxviator, выловленную в Восточной Сибири из подземных вод на глубине 2 км. Сразу стоит сказать, что о существовании этой бактерии знали и раньше: около 10 лет назад следы её ДНК обнаружили в образцах, добытых из шахтных вод в Южной Африке, которые подняли с глубины в 1,5–3 км. Так случается довольно часто: в мешанине бактериальной ДНК вдруг обнаруживаются последовательности, не принадлежащие ни одной из известных бактерий, но при этом явно относящиеся к геному одного и того же организма. Саму бактерию удаётся увидеть далеко не всегда.
С тех пор ДНК от Desulforudis audaxviator находили на территории США и Финляндии, так что, строго говоря, ничего специфически сибирского в ней нет. Но вот именно саму бактерию, в виде полноценной клетки, удалось поймать только сейчас, во глубине подземных сибирских вод. D. audaxviator обходится без солнечного света и без кислорода – в общем, не такая уж редкость среди микроорганизмов, которые освоили самые разные способы получения энергии.
Суть энергетических реакций в клетках состоит в том, чтобы одно вещество окислить другим, а энергию, которая при этом выделяется, запасти в удобной для организма форме. D. audaxviator относится к сульфат-редуцирующим бактериям: в качестве окислителя они используют сульфат-ионы, на который передают электроны, отобранные от разных субстратов.
Сама D. audaxviator оказалась в этом смысле всеядной – в лабораторных экспериментах она окисляла и сахара, и спирт, и многое другое, но любимой едой для неё был водород, как и для многих других сульфатредуцирующих бактерий и архей. Но, в отличие от большинства «коллег по метаболизму», D. audaxviator оказалась вполне терпима к кислороду, который обычно губителен для микробов, живущих глубоко под землёй или под водой. (Сульфатредуцирующих микробов часто находят рядом с горячими источниками на океанском дне.)
Очевидно, благодаря толерантности к кислороду бактерия может путешествовать по воздуху – иначе она не могла бы оказаться в столь разных местах, как сибирские подземные воды и южноамериканские шахты, которые геологически никогда не соседствовали. В клетках D. audaxviator есть пузырьки-вакуоли, заполненные газом, которые могли бы как-то помогать им подниматься в воздух. Впрочем, огромная масса бактерий странствует без всяких воздушных пузырей (не так давно мы писали о том, что бактерии вполне способны перелетать с континента на континент), так что и D. audaxviator могла бы переселяться, например, в аэрозольных каплях, разносимых потоками воздуха.
То, что бактерии могут жить на глубине в несколько километров, в общем, не новость: в конце прошлого года мы рассказывали о подземной биосфере, которая вместе со своей средой обитания превосходит объём Мирового океана. Но коль скоро подземные жители столь многочисленны, тем интереснее их изучать: во-первых, их способность жить в таких своеобразных условиях может пригодиться в каких-то биотехнологических разработках, а во-вторых, мы больше узнаём о жизни в целом – и кто знает, не найдём ли мы на других планетах таких же микробов, умеющих обходится без света и кислорода.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)
Изменения в отцовской ДНК сказываются на здоровье детей, даже если сама мутация детям не передаётся.
Известно, что предрасположенность к онкологическим заболеваниям может передаваться из поколения в поколение. Злокачественные опухоли появляются, когда некоторые гены начинают работать не так, как надо, а работать не так, как надо, эти гены часто начинают из-за мутаций – то есть из-за изменений в генетических буквах, из которых состоит ДНК. Мутация, появившись в половых клетках матери или отца, перейдёт к их детям; соответственно, вероятность болезни у детей повысится по сравнению с тем случаем, как если бы мутации не было.
Однако предрасположенность к раку может передаваться и без мутаций. Исследователи из Уайтхедовского института вместе с коллегами из других научных центров США экспериментировали с мышами, у которых отключали ген Kdm6a – он кодирует фермент, который занимается химическими модификациями гистонов. А гистоны, как мы знаем, это белки-упаковщики ДНК, и от гистонов во многом зависит, какой участок ДНК будет сильно упакован и потому неактивен, а какой, наоборот, будет доступен для считывания генетической информации.
Работа самих гистонов зависит от химических модификаций, в частности, от метильных групп, которые на них сажают и снимают разные ферменты. Kdm6a – как раз из ферментов, снимающих метилирование. В целом такая регуляция активности генов через упаковку ДНК называется эпигенетической: она не затрагивает сам генетический текст, то есть происходит как бы поверх него. (Стоит уточнить, что эпигенетических механизмов регуляции есть несколько, и модификации гистонов – лишь один из них.)
Ген Kdm6a находится в Х-хромосоме. Его отключали так, чтобы он не работал в клетках, из которых получаются сперматозоиды. Дальше самцов с отключённым Kdm6a скрещивали с обычными самками, и смотрели, что получится с их сыновьями. Почему особое внимание было именно сыновьям? Потому что у них никакой мутации в Kdm6a не было: ведь мыши-мальчики получались, когда яйцеклетку (а все яйцеклетки, на всякий случай напомним, содержат одну Х-хромосому) оплодотворял сперматозоид с Y-хромосомой; мутантный Kdm6a у самцов был в других сперматозоидах, которым в процессе созревания достался Х. Но влияние мутации было видно на гистонах во всех сперматозоидах – их гистоны были очень сильно метилированы.
В статье в eLife говорится, что самцы мужского пола в потомстве стали часто умирать всего через год после появления на свет. И связано это было с большим количеством опухолей, которые у них начали расти. (Опухоли появлялись и у обычных мышей от обычных отцов, но не в таком количестве и не так рано.) Во втором поколении (то есть у внуков самцов с отключённым Kdm6a) опухолевый эффект проявлялся ещё сильнее.
Сравнивая модификации гистонов, связанных с разными участками ДНК, исследователи увидели, что у отцов с выключенным Kdm6a и у их детей многие эпигенетические метки распределены одинаково. Более того, изменения в эпигенетических метках сильнее всего касались тех зон ДНК, где были гены, влияющие на появление и рост опухолей. Сама мутация в Kdm6a, напомним, от родителей к детям не переходила, но зато по наследству переходили её последствия – то есть можно сказать, что предрасположенность к злокачественным опухолям передавалась без передачи мутации. Действительно, эпигенетическая настройка генов перешла по наследству от отцов к сыновьям, и гены стали работать в пользу онкологических болезней.
Передача эпигенетических инструкций по наследству сейчас бурно исследуется. Не так давно считалось, что у зверей родительская «эпигенетика» от родителей к потомкам не передаётся. Но, как было сказано выше, эпигенетических механизмов есть несколько, и один из них как будто действительно теряет силу в созревающих половых клетках. Но есть и другие механизмы эпигенетической регуляции, которые продолжают работать и в половых клетках, и, видимо, в зародыше. Мы как-то писали о том, что в сперматозоидах остаются особые регуляторные РНК, которые участвуют в одном из эпигенетических механизмов, и что с помощью таких РНК детям может передаваться стресс родителей. Видимо, и гистоновый механизм тоже преодолевает межпоколенческую границу.
Новые данные не особо утешительны, если вспомнить, насколько легко можно вмешаться в эти самые эпигенетические механизмы – здесь можно вспомнить сравнительно недавнюю новость, что и привычный никотин влияет на ДНК через поколения. С другой стороны, сейчас активно ищут лекарства, которые тормозили бы на онкологические процессы именно на эпигенетическом уровне.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)
Дальнейшие исследования с людьми помогут выяснить, когда нам лучше всего заниматься спортом – по утрам или по вечерам.
От биологических часов в нашем организме зависит очень многое, в том числе и обмен веществ – по некоторым оценкам, как минимум половина метаболических процессов подчиняется суточным ритмам. Но в таком случае обмен веществ должен по-разному реагировать на физические упражнения в зависимости от того, когда мы ими занимаемся.
Исследователи из Вейцмановского института наблюдали за мышами, заставляя их бегать на беговой дорожке, которая двигалась в разных режимах (мыши – животные ночные, и на беговой дорожке они бегали, когда естественным образом бодрствовали). Оказалось, что в целом мыши лучше справляются с физической нагрузкой в вечерние часы, к концу своего мышиного дня. Но эта разница исчезала, если у мышей отключали один из генов, регулирующих суточные ритмы.
В статье в Cell Metabolism говорится, что во время «вечернего фитнеса» у мышей в мышцах становилось больше молекулы ZMP – рибонуклеотида 5-аминоимидазол-4-карбоксамида. Известно, что ZMP стимулирует реакции гликолиза – бескислородного получения энергии, и расщепления жирных кислот. (У ZMP есть синтетический аналог, AICAR, который спортсмены принимают, чтобы повысить выносливость, и который в официальных соревнованиях запрещён как допинг.) То есть благодаря «вечернему» более высокому уровню ZMP, мышцы получали больше энергии, и мыши демонстрировали лучшие результаты на беговой дорожке.
Мышами дело не ограничилось: исследователи привели в лабораторию двенадцать добровольцев, и оказалось, что и у людей есть похожая закономерность – если они занимались физическими упражнениями вечером, организм расходовал меньше кислорода. А это значит, что мышцы работали с большей эффективностью.
Похожие результаты получили сотрудники Калифорнийского университета в Ирвайне, тоже опубликовавшие статью в Cell Metabolism. Они анализировали вещества, образующиеся во время обмена веществ в мышцах, и активность разных генов, которые имеют отношение к гликолизу и расщеплению жира. Один из генов, который влияет на энергетические реакции, кодирует белок HIF-1α, который в зависимости от уровня кислорода в тканях регулирует работу других метаболических генов. Оказалось, что активность самого HIF-1α меняется в зависимости от времени суток, и, соответственно, по-разному происходит обмен веществ в мышцах.
Распространять полученные результаты на людей было бы преждевременно – всё-таки эксперименты ставили преимущественно на мышах, которые живут иначе, чем люди, и у которых не так много хронотипов (тогда как у людей есть масса разновидностей и «сов», и «жаворонков»). Впрочем, учитывая медицинскую актуальность темы, можно предположить, что в скором времени мы узнаем, когда лучше ходить в фитнесс-центр, чтобы эффективнее сжигать жир и эффективнее тренировать мышцы.
По материалам MedicalXpress.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)
Чтобы не пускать к себе конкурентов, кишечные палочки используют сразу двух бактериофагов, чтобы узнавать и убивать чужаков.
Бактерии живут в сложных сообществах, иногда дружа друг с другом, иногда враждуя. Но чтобы дружить или враждовать, нужно уметь отличать друзей от врагов.
Исследователи из Университета штата Пенсильвания вместе с коллегами из Китайской академии наук наблюдали, как растут вместе разные штаммы кишечной палочки. Когда штаммы встречались, между ними появлялась демаркационная линия – граница, через которую они не могли перейти и потому не смешивались друг с другом. Но если встречались не разные штаммы, а разные клоны одного штамма, то никакой демаркационной линии не появлялось, бактерии объединялись в одну популяцию. То есть, очевидно, у разных штаммов был механизм, позволяющий узнавать своих.
Чтобы узнать, какие гены за это отвечают, нужно было сравнить поведение кишечных палочек, у которых были отключены те или иные гены. Оказалось, что бактерии перестают отгораживаться от чужих, если у них не синтезируется белок, необходимый для размножения некоторых вирусов-бактериофагов. Точно так же границы между штаммами не появлялось, если у бактерий из генома исчезали так называемые профаги – куски вирусной ДНК, которая встроена в бактериальную хромосому. Такой спящий вирус никак не беспокоит бактерию – новых вирусных частиц в ней не появляется. В то де время некоторые вирусные белки клетка вполне может синтезировать для своих целей.
Один из спящих вирусов, которые помогали бактериям проложить границу между собой и соседями, оказался фаг CPS-53 – если у бактерий был фаг CPS-53 и его белок под названием YfdM, между группами микробов возникала та самая демаркационная линия. Но что такое эта демаркационная линия? Это погибшие клетки. Убить неприятных соседей мог бы вирус, но вирус CPS-53 спит. Оказывается, кишечные палочки задействуют ещё одного фага – SW1. Для размножения он может использовать тот самый белок YfdM, который исходно совсем не его.
Бактерии, которые уже имели дело с фагом SW1 и у которых есть для него белок YfdM, страдают от фага в меньшей степени – вирус заражает клетки, но, размножаясь, он реже их убивает. Но если SW1 столкнётся с бактериями, которые с ним ещё не сталкивались и у которых нет YfdM, то для них всё закончится плохо – фаг будет размножаться чрезвычайно агрессивно и клетки будут гибнуть.
Иными словами, бактерии научились использовать запчасти от спящего вируса вместе с другим, неспящим вирусом, чтобы отграничивать себя от соседей, чтобы не пускать их на свои питательные ресурсы. Спящий фаг нужен, чтобы отличить своих от чужих, а неспящий – чтобы отделить своих от чужих. В статье в Cell Reports говорится, что для различения своих и чужих кишечные палочки могут использовать и другие вирусы. Возможно, этот механизм работает и у других бактерий тоже; и, возможно, его удастся использовать в медицине – например, в тех случаях, когда нужно наладить обстановку в микрофлоре, чтобы поощрить своих симбионтов и изгнать чужаков-патогенов.
По материалам Phys.org.
Автор: Кирилл Стасевич
Источник: Наука и жизнь
