Комментарий в связи с присуждением Нобелевской премии 2017 года за открытие и исследование на дрозофиле молекулярных механизмов, управляющих циркадными ритмами − внутренними часами, которые подстраивают физиологию и поведение живых организмов к смене дня и ночи
© Симонова Ольга Борисовна − руководитель лаборатории молекулярно-генетических процессов развития, доктор биологических наук.

Как генетик-дрозофилист, считаю своим долгом прокомментировать эту новость. Лауреатами стали трое американских ученых − Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг (рис. 1).

Благодаря деятельности их научных групп, которая продолжалась не одно десятилетие, начиная с 1970-х годов, практически на пустом месте была создана новая наука, ставшая надежной базой для дальнейших исследований.

У всех живых организмов внутренние часы регулируют физиологические циклы отдыха и бодрствования, температуры, мышечной активности, внимания и т.д. Холл, Росбаш и Янг начали свои эпохальные работы в начале 70-х. Но, чтобы понять значение их открытий, нужно вернуться в конец 60-х и посмотреть, что интересовало специалистов по суточным ритмам в тот период, когда стартовали исследования сегодняшних нобелевских лауреатов. В 1729 году французский астроном Жан-Жак де Меран наблюдал суточные изменения у мимозы: оставленная в темноте, она закрывала и разворачивала листья вне зависимости от освещенности, в соответствии со своими внутренними настройками на 24-часовой ритм. С этого началась наука о суточных или циркадных ритмах (от лат. circa − круг, dies − день). Через два с половиной столетия, в 1960 году на симпозиуме в Колд Спринг Харбор с говорящим названием «Суточные ритмы» были суммированы достижения в этой области и главные текущие вопросы: «Мы так ничего и не знаем о типах суточных часов. Открытым остается вопрос о том, идут ли эти часы постоянно или начинают идти и останавливаются после прохождения 24-часового цикла, а затем их требуется «завести» снова. Употребляя термин «часы», мы не предполагаем, что циферблат обязан состоять из 24 делений. Часы должны измерять время, и у разных организмов измеряется конкретный период времени, который подходит для их целей. <...> Можно ожидать, что внутри того или иного организма работают несколько часов с совершенно разными циферблатами. И они не обязаны идти постоянно, а могут заводиться лишь в определенный жизненный момент. <...> В настоящее время циркадные ритмы изучаются с помощью измерений различных функций организмов. Но никто не может с надежностью утверждать, как наблюдаемые изменения связаны с внутренними часами и, соответственно, какая из функций наилучшим образом представляет эти часы. <...> Было бы исключительно полезно, если бы мы смогли показать, что, какую бы функцию мы ни взяли − концентрацию эозинофилов в крови, или локомоцию, или еще что-нибудь, − результаты циркадных экспериментов будут всегда сходными...» (Jürgen Aschoff. Exogenous and endogenous components in circadian rhythms // Cold Spring Harb Symp Quant Biol.1960. 25:11-28).

Комментарий к статье: Akhilesh Kumar, Saritha Sandra D’Souza, Oleg V. Moskvin, Huishi Toh, Bowen Wang, Jue Zhang, Scott Swanson, Lian-Wang Guo, James A. Thomson, and Igor I. Slukvin. Specification and Diversification of Pericytes and Smooth Muscle Cells from Mesenchymoangioblasts. Cell Reports 19, 1902–1916, May 30, 2017 doi: 10.1016/j.celrep.2017.05.019.
© Киселева Екатерина Владимировна − старший научный сотрудник лаборатории клеточной биологии ИБР РАН, кандидат биологических наук.

Одной из проблем в биологии стволовых клеток является отсутствие уникального «портрета» клеток, находящихся на разных стадиях дифференцировки в функционально зрелые клетки. В данной статье авторы предложили методический подход для выявления специфичных характеристик потомков стволовых клеток. Кроме того, в статье приведен протокол получения зрелых функциональных сосудистых клеток из плюрипотентных стволовых клеток человека, который может быть использован для in vitro моделирования и исследований различных заболеваний, связанных с сосудистыми аномалиями.

В эмбриогенезе перициты (PC, отростчатые клетки соединительной ткани, являющиеся структурными элементами небольших кровеносных сосудов) и гладкомышечные клетки (SMC) происходят из мезенхимы, которая в свою очередь происходит из разных эмбриональных источников. Выявлено по меньшей мере восемь независимых источников для сосудистых SMC и РС! Кроме того, показано высокомозаичное распределение SMC в сосудистой сети в зависимости от места происхождения. Оставалось неясным, как отличать РС и SMC, получаемые in vitro, от их предшественников и между собой. Cамый надежный критерий идентификации РС и SMC в эмбриональных тканях, их анатомическое местоположение (Armulik et al., 2011), не может быть применен в исследованиях дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток (hPSC). Ответу на этот вопрос посвящена данная статья.

В предыдущей работе авторы показали, что образование предшественников мезенхимных стволовых клеток и эндотелиальных клеток из эмбриональных стволовых клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (hiPSC) человека определяется появлением клонального предшественника мезенхимоангиобласта (МВ) (Vodyanik et al., 2010). Этот предшественник in vivo происходит из APLNR+PDGFRα+CD31−VE-cadherin− примитивной задней мезодермы.

2 августа 2017 года в журнале «Nature» была опубликована статья о первом в мире применении технологии CRISPR для коррекции генетического дефекта у эмбрионов человека на ранних стадиях развития. Эмбрионы были получены в результате оплодотворения in vitro и не предназначались для репродуктивных целей. Развитие эмбрионов было остановлено через несколько дней.

Международное сообщество исследователей стволовых клеток (ISSCR, International Society for Stem Cell Research) отмечает, что использование технологии редактирования генома может привести к грандиозным открытиям в области биологии человека и медицины, но предупреждает, что клиническое применение CRISPR для модификации зародышевых линий или эмбрионов человека, используемых для лечения бесплодия, нельзя внедрять без тщательного рассмотрения этических проблем, социальных факторов и вопросов безопасности.

В «Методических указаниях к исследованию стволовых клеток и их клиническому применению» (2016 Guidelines for Stem Cell Research and Clinical Translation (Section 2.1) ISSCR призывает к международному обсуждению возможностей, ограничений данных технологий и последствий их применения на зародышевых линиях человека. ISSCR поддерживает позицию Национальной академии наук, технологий и медицины (NASEM) и рекомендует более глубоко изучить вопрос для оценки риска и пользы клинических исследований.

«ISSCR одобряет лабораторные исследования, которые включают в себя редактирование ядерного генома человеческой спермы, яйцеклеток или эмбрионов, но только тогда, когда они проводятся под тщательным контролем, как описано в международных протоколах», − заявил президент ISSCR Ханс Клеверс. − «В настоящее время мы возражаем против клинического применения технологий редактирования зародышевых линий или эмбрионов человека».

Аннотация статей:
Caroline B. Albertin, Oleg Simakov, Therese Mitros, Z. Yan Wang, Judit R. Pungor, Eric Edsinger-Gonzales, Sydney Brenner, Clifton W. Ragsdale & Daniel S. Rokhsar. The octopus genome and the evolution of cephalopod neural and morphological novelties. Nature. 2015. V. 524. P. 220–224.
Noa Liscovitch-Brauer, Shahar Alon, Hagit T. Porath, Boaz Elstein, Ron Unger, Tamar Ziv, Arie Admon, Erez Y. Levanon, Joshua J.C. Rosenthal8, , Eli Eisenberg. Trade-off between Transcriptome Plasticity and Genome Evolution in Cephalopods. Cell. 2017. V. 169(2): P.191–202.
© Лазебный Олег Евгеньевич − старший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития ИБР РАН, кандидат биологических наук. Область научных интересов: генетика поведения, генетика количественных признаков, популяционная и эволюционная генетика.

Колеоидные (греч. koleos — «ножны» и eidos — «вид») головоногие моллюски (осьминоги, кальмары и каракатицы) являются активными, находчивыми хищниками с достаточно сложным поведением. Среди беспозвоночных самая большая нервная система именно у этих морских обитателей. Впечатляют и такие характеристики, как крупные глаза, цепкие щупальца, движения которых великолепно координированы, и удивительно сложная адаптивная система окраски. Авторы секвенировали геном и транскриптомы калифорнийского двупятнистого осьминога Octopus bimaculoides для изучения молекулярных основ морфологических особенностей животного, строения и функционирования его нервной системы. Ранее считалось, что большой размер генома осьминогов (33 тысячи генов против 25 тысяч у человека) объясняется дупликациями генома. Однако авторы не обнаружили никаких доказательств гипотезы полного дублирования генома осьминога. Состав генома осьминогов похож на геномы билатеральных беспозвоночных за исключением двух семейств генов, разнообразие которых сходно с их разнообразием у позвоночных. Первое семейство – это гены протокадгеринов, регулирующих развитие нейронов и взаимодействия между ними. У исследованного вида осьминога насчитали 168 таких генов – почти в два раза больше, чем у млекопитающих. Это число соответствует их огромному мозгу и необычному строению органов. Второе семейство – это гены C2H2 факторов транскрипции цинкового пальца, контролирующих ход онтогенеза, численность которых достигает 1800 генов. Кроме того, авторы обнаружили специфичную экспрессию нескольких сотен генов в коже, присосках и нервной системе осьминога. Например, в присосках экспрессируется набор генов, похожих на гены, кодирующие рецепторы нейротрансмиттера ацетилхолина. В присосках каждого щупальца суммарно насчитывается более двух миллионов нервных окончаний, отвечающих за осязание, обоняние и вкус. Авторы также выявили в секвенированном геноме шесть генов, кодирующих белки-рефлектины, которые экспрессируются в коже. Эти белки отражают свет под различными углами, позволяя осьминогу маскироваться. Наконец, ученые обнаружили интересную систему обширного редактирования информационной РНК.

Эволюция как основа всего сущего – взгляд из южного полушария
© Баклушинская Ирина Юрьевна, ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития, доктор биологических наук.

Недавно, 31 мая 2017 г., состоялась презентация второго издания монографии М. Галлардо "Эволюция. Дороги жизни", а также был открыт доступ к ее электронному изданию. Выход в свет монографии по теории эволюции – редкое событие, которое привлекает внимание исследователей разных стран. Парадоксально, но несмотря на то, что испанский − третий по распространённости родной язык в мире (после китайского и хинди), оригинальных монографий по теории эволюции до публикации первого издания "Эволюция. Дороги жизни" в 2011 не было. Книга была представлена как учебное пособие для студентов и аспирантов биологических специальностей. Казалось бы, учебник не будет интересен для научного сообщества, он не должен нести новых ярких идей. Но это не всегда так, достаточно вспомнить блестящие издания "Биологии развития" Гилберта или "Проблемы Дарвинизма" И.И. Шмальгаузена. Нестандартное мышление, колоссальная эрудиция, энергичность и, вместе с тем, тщательность, присущая цитогенетикам, позволили проф. М. Галлардо подготовить не просто учебное пособие высокого уровня, а чрезвычайно интересную книгу, провоцирующую на дискуссию.

Циркутоид: там, где клеточные технологии опережают фундаментальную нейробиологию
Комментарий к статье: Sternfeld MJ, Hinckley CA, Moore NJ, Pankratz MT, Hilde KL, Driscoll SP, Hayashi M, Amin ND, Bonanomi D, Gifford WD, Sharma K, Goulding M, Pfaff SL. Speed and segmentation control mechanisms characterized in rhythmically-active circuits created from spinal neurons produced from genetically-tagged embryonic stem cells. Elife. 2017 Feb 14;6. pii: e21540. doi: 10.7554/eLife.21540.
© Дьяконова Варвара Евгеньевна доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория нейробиологии развития. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

Развитие клеточных технологий уже позволяет получать ткане-специфические клетки из стволовых эмбриональных или дедиферинцированных взрослых клеток. В отношении нервной ткани, этот шаг был наиболее труден, поскольку функциональным может быть только нейрон с конкретной трансмиттерной специфичностью, набором рецепторов и электрическими свойствами. Нервная система неоднородна (гетерогенна), включает большое число фенотипически различных нейронов, и эта неоднородность − ее важнейшее функциональное свойство. Базовым функциональным элементом нервной системы можно рассматривать гетерохимический эндогенно активный нейронный ансамбль.

Многие формы поведения обеспечиваются такими нейрональными ансамблями, способными к переформатированию выходного паттерна. К их числу относятся центральные генераторы паттерна (ЦГП) локомоции большинства животных. Понятие нейрональный ансамбль занимает все более уверенную позицию не только в нейробиологии моторных программ, но и в механизмах восприятия, памяти и обучения. Уже давно было известно, что нейроны, формирующие такие ансамбли, принадлежат к разным химическим и электрическим фенотипам. В естественных условиях формирование фенотипических свойств нейрона в значительной степени определяется актуальной гетерохимической межклеточной средой (нишей), в которой оказываются клетки-предшественники. Эта среда, в свою очередь, является результатом секреции разных сигнальных молекул уже существующими клеточными структурами.

Значимость фенотипических различий нейронов для формирования и перестройки ритмической активности ансамбля остается не вполне понятой на теоретическом уровне: не существует моделей, которые бы умели предсказывать характер выходной активности в зависимости от качественного и количественного состава ансамбля.

Из плюрипотентных стволовых клеток человека получены стволовые кроветворные клетки, способные к длительной репопуляции органов гемопоэза
Комментарий к статье Sugimura R., Jha D.K., Han A., Soria-Valles C., da Rocha E.L., Lu Y.F., Goettel J.A., Serrao E., Rowe R.G., Malleshaiah M., Wong I., Sousa P., Zhu T.N., Ditadi A., Keller G., Engelman A.N., Snapper S.B., Doulatov S., Daley G.Q. “Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells”, Nature. 2017. 545(7655): 432-438. doi: 10.1038/nature22370.
© Паюшина Ольга Викторовна старший научный сотрудник лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза, доктор биологических наук.

В последние годы появилось множество работ, имеющих целью получение стволовых кроветворных клеток (СКК) из плюрипотентных – прежде всего из эмбриональных стволовых клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Практическая значимость подобных исследований связана с потребностью в СКК для трансплантации пациентам с гематологическими заболеваниями, но они представляют интерес и с точки зрения фундаментальной науки, давая новые знания о механизмах регуляции гемопоэза. Основные подходы, применяемые для получения СКК – это введение в плюрипотентные клетки генов, кодирующих определенные факторы транскрипции, или их направленная дифференцировка в составе эмбриоидных тел, к которым в процессе культивирования добавляют те или иные цитокины и морфогены, воспроизводя развитие кроветворной системы в эмбриогенезе. Однако успехи в этой области пока скромны: получаемые клетки, как правило, дают различные ряды миелоидной и лимфоидной дифференцировки in vitro и in vivo, но не обладают важнейшей функциональной характеристикой СКК – способностью к длительной репопуляции кроветворных органов животного-реципиента.

Плюрипотентные стволовые клетки человека в культуре in vitro имеют свойство приобретать и накапливать негативные мутации в гене P53 быстрее, чем предполагалось ранее
Комментарий к статье Florian T. Merkle, Sulagna Ghosh, Nolan Kamitaki, Jana Mitchell, Yishai Avior, Seva Kashin, Shila Mekhoubad, Dusko Ilic, Maura Charlton, Genevieve Saphier, Curtis Mello, Robert E. Handsaker, Giulio Genovese, Shiran Bar, Nissim Benvenisty, Steven A. McCarroll, Kevin Eggan. Human pluripotent stem cells recurrently acquire and expand dominant negative P53 mutations. Nature. 2017 May 11, Vol 545, DOI:10.1038/nature 22312
© Дашинимаев Эрдем Баирович научный сотрудник лаборатории клеточной биологии, кандидат биологических наук.

Человеческие плюрипотентные стволовые клетки (hPSC) могут пролиферировать в культуре in vitro неограниченно долго, что делает их привлекательным источником клеток для регенеративной терапии. Однако, ранее неоднократно было отмечено, что во время культивирования hPSC могут накапливать мутации, дающие селективные пролиферативные преимущества в культуре клеток. Так, например, в ряде работ было отмечено, что эмбриональные стволовые клетки человека (hESC) могут приобретать хромосомные перестройки, вызывающие увеличенную экспрессию BCL-XL, что дает мутантным клонам анти-апоптотические свойства [1,2].

В рассматриваемой работе, выполненной на базе Гарвардского университета, авторы решили основательно подойти к вопросу исследования приобретаемых мутаций в культурах hPSC для того, чтобы оценить их характер, степень и функциональные эффекты. Для этого они выполнили впечатляющий по своим масштабам эксперимент − проанализировали белок-кодирующие последовательности генома (т.н. экзомы) в 140 независимых линиях hESС (из 19 различных научных организаций), в том числе 26 линий, подготовленных для потенциального клинического использования. Все исследуемые линии клеток постулировались как «здоровые» контрольные линии клеток, полученных от здоровых доноров, без известных мутаций или хромосомных перестроек. В итоге проведенной работы авторы идентифицировали 263 мутации, для 28 вариантов из этого числа было предсказано грубое нарушение функций гена. Единственным геном, на который приходилось больше одной мутации (шесть) оказался ген TP53, кодирующий, наверное, самый известный и изученный опухолевый супрессор P53. Эти мутации находились в пяти различных несвязанных между собой линиях hESС. Оказалось, что найденные мутации уже описаны в литературе, являются доминантными и наиболее часто встречаются при раковых заболеваниях человека. При помощи цифрового ПЦР исследователи оценили долю клеток, содержащих данные мутации в культуре – оказалось, что доля лежит в широком диапазоне: 13-79%. Также было отмечено, что доля мутантных аллелей TP53 увеличивалась по мере культивирования клеток в стандартных условиях, что указывает на то, что изучаемые мутации обеспечивают носителям селективное преимущество. Так, например, для линии WA26 оказалось, что доля мутантных клеток повысилась с примерно 10% до 70% всего за 6 пассажей (с 13 по 19 пассажи) (Рис.1)

ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ОБЛЕГЧАЕТ ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЯ НЕ ТОЛЬКО У ЧЕЛОВЕКА
Научное агенство TOP1000 отметило статью сотрудников Института биологии развития в Журнале экспериментальной биологии (Journal of Experimental Biology) Previous motor activity affects the transition from uncertainty to decision making in snails. Tatiana A. Korshunova, Dmitry D. Vorontsov, Varvara E. Dyakonova Journal of Experimental Biology 2016 219: 3635-3641; doi: 10.1242/jeb.146837, как имеющую особую значимость в своей области.
© Татьяна Алексеевна Коршунова Старший научный сотрудник. Кандидат биологических наук. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.
© Дмитрий Дмитриевич Воронцов Старший научный сотрудник. Кандидат биологических наук. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.
© Варвара Евгеньевна Дьяконова Ведущий научный сотрудник. Доктор биологических наук. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

Наблюдениями последних лет установлено, что у млекопитающих животных, включая человека, двигательная активность благоприятствует выполнению ряда когнитивных функций (Chang et al., 2013; Lee et al., 2013; Salmon, 2001.). Одним из наиболее хорошо доказанных эффектов двигательной активности у человека является снижение симптомов депрессии, в том числе облегчение принятия решения и выбора поведения (Whitton et al., 2015). Согласно нашей рабочей гипотезе, эти эффекты сформировались рано в эволюции и имеют консервативную нейрохимическую основу. Ранее мы нашли, что некоторые активирующие поведенческие эффекты усиленной локомоции, действительно, наблюдаются у представителей двух основных подгрупп первичноротых животных Lophotroxozoa и Ecdysozoa, сверчка и улитки, и, что, также как и у высших животных, в этих эффектах задействованы серотонинергические механизмы (Дьяконова и др., 2013). Целью настоящей работы было проверить предположение, что предшествующая двигательная нагрузка может ускорять принятие решения у беспозвоночных.

Ученым из Университета Кембриджа впервые удалось воссоздать постимплатационный морфогенез эмбриона in vitro, используя два типа стволовых клеток
Комментарий к статье: Sarah Ellys Harrison, Berna Sozen, Neophytos Christodoulou, Christos Kyprianou, Magdalena Zernicka-Goetz. Assembly of embryonic and extra-embryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro, Science, (2017). DOI: 10.1126/science.aal1810
© Станислав Кремнев, кандидат биологических наук. Cтарший научный сотрудник, ИБР РАН.
Cтарший научный сотрудник, МГУ им. М.В. Ломоносова, Биологический ф-т, каф. эмбриологии, лаборатория биофизики развития.
Научные интересы: морфогенез, эволюция эмбрионального развития.

Как правило, в большинстве современных научных исследований развитие эмбриона и экстраэмбриональных тканей рассматривают отдельно друг от друга. Даже самые передовые модели изучения раннего эмбриогенеза млекопитающих до последнего времени основывались преимущественно на различных способах культивирования эмбриональных стволовых клеток (ESC) in vitro. Эти системы, к сожалению, не отражают реальные изменения, которые происходят в процессе имплантации эмбриона в матку, что приводит к ограничениям в исследовании механизмов морфогенеза и дифференцировки клеток во время становления первичного плана тела млекопитающих. Исследование группы ученых под руководством Magdalena Zernicka-Goetz показывает, что сокультивирование ESC c экстраэмбриональными стволовыми клетками трофобласта (TSC) может приводить к формированию структур, в которых с удивительным правдоподобием воспроизводится эмбриональный морфогенез, наблюдаемый на стадиях имплантации (Harrison, S.E. et al. 2017). Данный подход открывает широкие возможности для подробного исследования молекулярных процессов, определяющих переход к критическим стадиям развития млекопитающих.

Долгая эпигенетическая память червей, и не только...
Комментарий к статье Adam Klosin, Eduard Casas, Cristina Hidalgo-Carcedo, Tanya Vavouri, Ben Lehner. Transgenerational transmission of environmental information in C. Elegans. Science 356, 320–323 (2017) 21 April 2017
© Михайлов Виктор Сергеевич, доктор биологических наук, профессор. Главный научный сотрудник ИБР РАН. Область научных интересов: биология развития, физико-химическая биология.

Изменение экспрессии генов животных под воздействием факторов внешней среды может оставлять след в потомках, который проявляется в сохранении у них измененного уровня генной экспрессии. Механизм подобной эпигенетической памяти изучен плохо. Неизвестно, как быстро в поколениях стирается родительский след и каков молекулярный механизм переноса регуляторной информации об уровне экспрессии генов от родителей к потомкам. Ряд новых сведений о механизме эпигенетической наследственности получен в работе на нематоде C. elegans коллективом из нескольких научных институтов Барселоны (Klosin et al., 2017). Червей подвергали воздействию высокой температуры (25ºС) в течение одной или нескольких генераций и определяли у потомков, которых содержали при обычной температуре (20ºС), уровень экспрессии трансгенной конструкции, интегрированной в гетерохроматин и кодирующей несколько копий флуоресцентного белка. Тепловое воздействие приводило к увеличению экспрессии трансгена и свечению нематоды при освещении ультрафиолетовым светом (рисунок), но повышенный уровень экспрессии трансгена и флуоресценции нематоды наблюдался не только у прогретых особей, но и у их потомков, содержавшихся при обычной температуре, вплоть до 15-ого колена!

Яды двойного назначения
Комментарий к статьям:
Marco C. Inserra, Mathilde R. Israel, et al. Multiple sodium channel isoforms mediate the pathological effects of Pacific ciguatoxin-1. Sci Rep. 2017; 7: 42810.
Errera RM, Campbell L (2011) Osmotic stress triggers toxin production by the dinoflagellate Karenia brevis. Proc Natl Acad Sci USA 108(26):10597–10601.
William G. Sunda, et al. Osmotic stress does not trigger brevetoxin production in the dinoflagellate Karenia brevis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 Jun 18; 110(25): 10223–10228
Ryan T. Cassell et al. Brevetoxin, the Dinoflagellate Neurotoxin, Localizes to Thylakoid Membranes and Interacts with the LightHarvesting Complex II (LHCII) of Photosystem II. ChemBioChem, Chembiochem, 2015 May 4; 16(7):1060-1067
© Шмуклер Юрий Борисович в.н.с., доктор биологических наук. Область научных интересов: несинаптические функции классических нейромедиаторов.

Неисповедимые пути научной работы столкнули с материалом, который при иных обстоятельствах вряд ли попался бы на глаза. Однако, изучение современной литературы о токсинах морского происхождения заставило задуматься над неожиданной проблемой.

Морские микроводоросли Karenia brevis и Gambierdiscus toxicus, распространенные, первая − в Мексиканском заливе, а вторая – от Кариб до Тихого океана, продуцируют наборы высокотоксических веществ, обладающих специфической химической структурой – «лестничным» кислородсодержащим скелетом из большого количества эфирных колец. Майтотоксин содержит 34 кислородсодержащих кольца, цигуатоксин – 13, а бреветоксины − 9. Полагают, что высокая токсичность двух последних видов токсинов, вызывающих массовую гибель морских птиц и млекопитающих, а у человека – длительные и тяжелые неврологические расстройства, обусловлена тем, что они являются уникальными природными лигандами потенциал-зависимых натриевых каналов. Наряду с этим другие токсины, продуцируемые этими же водорослями, активируют калиевые каналы, а майтотоксин – увеличивает вход в клетки ионов кальция. В связи с тем, что эти токсины, поражающие до 50 000 человек в год, термостабильны и до последнего времени отсутствовали методики их быстрого и надежного детектирования, изучению механизмов их действия посвящена огромная литература физиологического и медицинского плана (см. напр. Nicholson & Lewis, 2006). Однако, над простым вопросом о функции этих веществ в организмах, которые их синтезируют, мало кто задумывался, и идеи в этой области долгое время не выходили за пределы достаточно тривиальных.

Исходно подразумевалось, что продукция токсинов связана с функцией предупреждения или ограничения поедания водорослей. Видимо, никого не смущало, что целый арсенал бреветоксинов и цигуатоксинов (у некоторых видов – от 9 до 14), а также крупнейшая неполимерная органическая молекула майтотоксина, предназначены Премудрой Природой исключительно для защиты микроскопических водорослей Karenia brevis и Gambierdiscus toxicus от поедания. Это было бы сродни воздвижению пирамиды Хеопса над могилкой любимого хомячка. Правда, следует признать, что такого рода странные неэкономичные механизмы не являются чем-то абсолютно экстравагантным и невозможным. Например, суспензия неоплодотворенных яйцеклеток морских ежей «отапливает» морскую воду серотониноподобным веществом (Buznikov, 1989).

Открыт молекулярный механизм включения/выключения системы генного драйва CRISPR/Cas9?
Комментарий к статье: Saikat Chowdhury, Joshua Carter, MaryClare F. Rollins, Sarah M. Golden, Ryan N. Jackson, Connor Hoffmann, Lyn’Al Nosaka, Joseph Bondy-Denomy, Karen L. Maxwell, Alan R. Davidson, Elizabeth R. Fischer, Gabriel C. Lander, Blake Wiedenheft. Structure Reveals Mechanisms of Viral Suppressors that Intercept a CRISPR RNA-Guided Surveillance Complex. Cell, 2017; 169 (1): 47 DOI: 10.1016/j.cell.2017.03.012
© Лазебный Олег Евгеньевич − старший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития ИБР РАН, кандидат биологических наук. Область научных интересов: генетика поведения, генетика количественных признаков, популяционная и эволюционная генетика.

Ученые из Научно-исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute: https://www.scripps.edu/) раскрыли механизм деактивации вирусом бактериальной иммунной системы. У многих видов бактерий эта система представляет собой сложный комплекс CRISPR/Cas, направляемый специфической cr-РНК. В центре комплекса находится узел наблюдения, который распознает вирусную ДНК и вызывает ее разрушение. Однако вирусы могут наносить ответный удар и отключать узел наблюдения с использованием «анти-CRISPR» белков. До вчерашнего дня никто не знал, как работает анти-CRISPR-система.

Впервые исследователи под руководством Габриэля Ландера (Gabriel C. Lander) расшифровали структуру вирусных анти-CRISPR белков, связанных с бактериальным наблюдательным комплексом CRISPR, выявив, каким образом вирусы выводят из строя бактериальную систему защиты: анти-CRISPR белки блокируют способность CRISPR-системы идентифицировать и атаковать вирусный геном. Один из анти-CRISPR-белков даже «имитирует» ДНК, чтобы сбить с толку детекторную машину.

Проиллюстрируем функционирование CRISPR/Cas-комплекса на примере CRISPR-опосредованной иммунной системы типа I-F Pseudomonas aeruginosa (рис. 1).

Новые подходы к исправлению дегенерации сетчатки и попытки их трансляции в медицину
Комментарий к статьям:
X. Zhong et al. Generation of three-dimensional retinal tissue with functional photoreceptors from human iPSCs. Nature Communications. 2014.
Yu et al. Nrl knockdown by AAV-delivered CRISPR/Cas9 prevents retinal degeneration in mice. Nature Communications, 2017.
Kuriyan et al. Vision Loss after Intravitreal Injection of Autologous “Stem Cells” for AMD. N. Engl. J. Med. 2017.
Blackiston et al. Serotonergic stimulation induces nerve growth and promotes visual learning via posterior eye grafts in a vertebrate model of induced sensory plasticity. NPJ Regenerative Medicine, 2017.
© Григорян Элеонора Норайровна зав. лабораторией проблем регенерации. д.б.н. Область научных интересов: клеточные и молекулярные механизмы регенерации органов и тканей у позвоночных животных.

В сообщении приведу несколько примеров экспериментальной и клинической работы, которая ведется с целью восполнения значительно сниженного или утраченного зрения у человека. Сегодня эта работа строится на достижениях современных биологических подходов и технологий, а именно, в первую очередь, на использовании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs), получения из них клеточных продуктов, и попыток с их помощью заместить погибшую или поврежденную ткань глаза (чаще всего сетчатку). Другим подходом является геномодификация при использовании технологии CRISPR/Cas9 для устранения генетических дефектов, приводящих к патологии развития сетчатки и потере зрения, например пигментному ретиниту. Многое, как мы увидим, удается в лабораторных экспериментах, но с трансляцией результатов в медицинскую практику дело обстоит сложнее.

Генный драйв CRISPR/Cas9: Трудно быть богом?
Комментарий к статьям:
Robert L. Unckless, Andrew G. Clark and Philipp W. Messer. Evolution of Resistance Against CRISPR/Cas9 Gene Drive. Genetics Early online December 10, 2016; https://doi.org/10.1534/genetics.116.197285;
Charleston Noble, Jason Olejarz, Kevin Esvelt, George Church, Martin Nowak. Evolutionary dynamics of CRISPR gene drives. doi: https://doi.org/10.1101/057281;
James J. Bull. Lethal gene drive selects inbreeding. Evol Med Public Health (2017) 2017 (1): 1-16. DOI: https://doi.org/10.1093/emph/eow030
© Лазебный Олег Евгеньевич − старший научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития ИБР РАН, кандидат биологических наук. Область научных интересов: генетика поведения, генетика количественных признаков, популяционная и эволюционная генетика.

Еще до возникновения генетической инженерии с арсеналом методов создания рекомбинантной ДНК ученые мечтали о таком манипулировании наследственностью, которое позволяло бы с высокой степенью надежности и эффективности закреплять определенные генетические свойства в популяциях животных и растений. Мы являемся свидетелями создания такой мощной и многообещающей технологии, которая называется генный драйв CRISPR/Cas9 (рис. 1, 2, см. также сноску*). Генный драйв CRISPR/Cas9 является частным случаем генетического драйва, проявляющегося в неслучайном увеличении частоты определенных генетических последовательностей, не связанном напрямую с естественным отбором, а обеспечиваемом специфическими молекулярными механизмами – драйверами (рис. 1).

Избирательная индукция апоптоза в стареющих клетках как возможный путь продления здоровой жизни
Комментарий к статье Baar M.P., Brandt R.M., Putavet D.A., Klein J.D., Derks K.W., Bourgeois B.R., Stryeck S., Rijksen Y., van Willigenburg H., Feijtel D.A., van der Pluijm I., Essers J., van Cappellen W.A., van IJcken W.F., Houtsmuller A.B., Pothof J., de Bruin R.W., Madl T., Hoeijmakers J.H., Campisi J., de Keizer P.L. “Targeted apoptosis of senescent cells restores tissue homeostasis in response to chemotoxicity and aging”. Cell. 2017;169(1):132-147.e16. doi: 10.1016/j.cell.2017.02.031.
© Паюшина Ольга Викторовна старший научный сотрудник лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза, доктор биологических наук.

Тенденция к увеличению продолжительности жизни человека, наблюдаемая в последнее время и прогнозируемая в обозримом будущем, поднимает проблему возрастных заболеваний и порождает потребность в поиске способов продления активного долголетия. Как известно, одна из основных теорий старения организма связывает его с накоплением в клетках молекулярных повреждений, возникающих с возрастом или под действием стрессов. Если механизмы репарации ДНК не справляются с восстановлением этих повреждений, клетки могут приобретать характеристики стареющих – выходить из цикла и постоянно секретировать провоспалительные цитокины. Очевидно, в появлении клеток с таким фенотипом есть определенный биологический смысл – в частности, вызываемое ими воспаление может способствовать заживлению ран. Однако стареющие клетки становятся устойчивы к апоптозу, из-за чего с течением времени накапливаются в тканях, нарушая их функции. Авторы статьи поставили цель выяснить, каким образом подобные клетки избегают гибели и как можно преодолеть эту проблему. Сравнив активность генов в нормальных и состаренных облучением фибробластах человека, они обнаружили, что облученные клетки предрасположены к апоптозу, но его осуществление сдерживается фактором транскрипции FOXO4, экспрессия которого в стареющих клетках существенно усилена. FOXO4 локализуется в их ядрах, где связывает проапоптотический белок p53. Проанализировав полученные данные, авторы предположили, что нарушение взаимодействия FOXO4 с p53 способно избирательно активировать апоптотическую программу в стареющих клетках, не затрагивая нормальные.

Эволюция, направляемая поведением: комплексный взгляд на жизнь, функцию, форму, отклонения и тенденции.
Анонс книги: Rui Diogo. Evolution Driven by Organismal Behavior: A Unifying View of Life, Function, Form, Mismatches and Trends. Springer International Publishing. 2017. P. 252.
© Шкиль Федор Николаевич - старший научный сотрудник лаборатории постнатального онтогенеза ИБР РАН, кандидат биологических наук.
© Капитанова Дарья Викторовна - научный сотрудник лаборатории постнатального онтогенеза ИБР РАН, кандидат биологических наук.

В издательстве Springer вышла книга Руи Диого (Rui Diogo), которая предлагает новый взгляд на эволюцию. Руи Диого руководит лабораторией (www.ruidiogolab.com), проводящей исследования в области сравнительной анатомии и эволюционной биологии развития позвоночных животных. Он является обладателем нескольких престижных научных наград. В 2013 и 2015 гг. его статьи признавались лучшими по версии одного из ведущих журналов в области анатомии Journal of Anatomy.

В своей новой книге Rui Diogo рассматривает многочисленные свидетельства эволюции, объединяет многие, зачастую конфликтующие, идеи и предлагает единую интегрированную теорию ONCE − Organic Nonoptimal Constrained Evolution.

Способны ли насекомые к рассудочной деятельности?
Комментарий к статьям:
Olli J. Loukola,*† Clint J. Perry,† Louie Coscos, Lars Chittka. Bumblebees show cognitive flexibility by improving on an observed complex behavior. Science (№ 355, рр. 833–836 (2017) 24 February 2017
Alem S, Perry CJ, Zhu X, Loukola OJ, Ingraham T, Søvik E, et al. (2016) Associative Mechanisms Allow for Social Learning and Cultural Transmission of String Pulling in an Insect. PLoS Biol 14(10): e1002564. doi:10.1371/journal. pbio.1002564
© Богуславский Дмитрий Викторович − старший научный сотрудник лаборатории нейробиологии развития ИБР РАН, кандидат биологических наук.

Отличительной чертой рассудочной деятельности является возможность манипулировать объектами с определенной целью. Такое "использование инструмента" в свое время было приписано только человеку, но потом обнаружено и у приматов, затем у отдельных видов морских млекопитающих, а позже и у птиц. Теперь мы понимаем, что многие виды обладают способностью предвидеть, как конкретный объект может быть использован для достижения цели. Совсем недавно элементарная рассудочная деятельность была обнаружена и у насекомых. Общественные насекомые – пчелы, муравьи, термиты – демонстрируют исключительно сложное поведение, но это поведение у них мы наблюдаем в связи с их обычной жизнью, когда они строят себе жилье, ищут пищу или общаются с другими членами колонии. Могут ли они решать нестандартные задачи? Эксперименты со шмелями (относятся к семейству настоящих пчёл Apidae) показали, что могут, и что они даже способны учиться друг у друга.

Белки являются генетическими факторами
Комментарий к статье: Chakrabortee S, Byers JS, Jones S, Garcia DM, Bhullar B, Chang A, She R, Lee L, Fremin B, Lindquist S, Jarosz DF. Intrinsically Disordered Proteins Drive Emergence and Inheritance of Biological Traits. Cell. 2016 Oct 6;167(2):369-381.e12. doi: 10.1016/j.cell.2016.09.017. PMID:27693355
© Михайлов Виктор Сергеевич, доктор биологических наук, профессор. Главный научный сотрудник ИБР РАН. Область научных интересов: биология развития, физико-химическая биология.

Центральная догма молекулярной биологии постулирует, что носителем генетической информации являются нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и ее реализация происходит путем переноса информации от ДНК к РНК и далее на белок. Наследование признаков в потомстве подчиняется законам Менделя за исключением наследования генома митохондрий, которое проходит по материнской линии. Роль белков как наследственных факторов долгое время игнорировалась.

Ситуация изменилась с открытием инфекционных белков − прионов, способных вызывать наследуемые фенотипические изменения без участия нуклеиновых кислот. Однако число таких белков невелико (около десятка) и механизм их действия довольно специфичен. Прионы формируют в цитоплазме клеток агрегаты типа амилоидов при участии шаперонов (HSP104 в клетках дрожжей) и наследуются как доминантные генетические факторы по цитоплазматическому (неменделевскому) типу. Хотя число прионов невелико, они оказались ответственны за серьезные нейропатологии, сопутствующие старению млекопитающих. Открытие прионов, отмеченное нобелевской премией, бросило тень на центральную догму биологии, но не привело к изменению представлений о центральной роли нуклеиновых кислот в эволюционном процессе. Участие белков в наследовании признаков по-прежнему серьезно не рассматривалось.

Появление генетических самок: начало
В журнале Molecular Biology and Evolution опубликована статья с участием сотрудника ИБР РАН: Reisser et al. Transition from environmental to partial genetic sex determination in Daphnia through the evolution of a female determining incipient W chromosome. Molecular Biology and Evolution. 2016, https://doi.org/10.1093/molbev/msw251
© Галимов Ян Рудольфович, кандидат биологических наук. Область научных интересов: эволюция систем определения пола.

Половые хромосомы могут появляться в ходе эволюции генетического определения пола (ГОП) из средового определения пола (СОП). Несмотря на внимание, уделяемое вопросу эволюции определения пола в теоретической биологии, ранние механизмы перехода от СОП к ГОП в природе остаются неизученными. У растений описан сходный с переходом от СОП к ГОП переход от обоеполых цветков и однодомности к двудомности (раздельнополости) с переходной стадией, на которой в популяции встречаются как однодомные, так и женские растения.

У животных единственной описанной группой со смешанной СОП/ГОП системой, остаются несколько видов Daphnia, мелкого пресноводного ракообразного у которого пол обычно определяется исключительно условиями среды, однако в некоторых популяциях встречаются “генетические самки” – генотипы, никогда не дающие самцов.

Межвидовой органогенез, как способ получения аутологичных островков Лангерганса
Комментарий к статье Yamaguchi T., Sato H., Kato-Itoh M., Goto T., Hara H., Sanbo M., Mizuno N., Kobayashi T., Yanagida A., Umino A., Ota Y., Hamanaka S., Masaki H., Rashid ST., Hirabayashi M., Nakauchi H. Interspecies organogenesis generates autologous functional islets. Nature 2017 Jan 25. doi: 10.1038/nature21070.
© Борисов Михаил Александрович, аспирант лаборатории клеточной биологии ИБР РАН. Области научных интересов: клеточная терапия, тканевая инженерия, прямое перепрограммирование клеток

На данный момент фактически единственным методом лечения сахарного диабета I типа является аллогенная трансплантация поджелудочной железы или изолированных островков Лангерганса. До недавнего времени последним прорывом в этой области была разработка Эдмонтоновского протокола в 2000 году. Использование этого протокола, составленного Shapiro et al., позволяет снизить иммунную реакцию и улучшить уровень выживаемости пересаженных островков. Основными ограничениями данного вида терапии продолжают оставаться необходимость длительной иммуносупрессии и острый недостаток донорского материала.

Над преодолением этих ограничений работает группа ученых Токийского Университета под руководством Nakauchi и Hirabayashi. В январе 2017 года в журнале Nature была опубликована статья, показывающая возможность межвидового органогенеза поджелудочной железы.

Регулирование гомологичной рекомбинации хромосом и кроссинговера в мейозе − одна из ключевых ролей протеасом
Комментарий к статьям: Prasada Rao et al., A SUMO-ubiquitin relay recruits proteasomes to chromosome axes to regulate meiotic recombination. Science 27 Jan 2017: Vol. 355, Issue 6323, pp. 403-407 DOI: 10.1126/science.aaf6407; Ahuja et al., Control of meiotic pairing and recombination by chromosomally tethered 26S proteasome. Science 27 Jan 2017: Vol. 355, Issue 6323, pp. 408-411 DOI: 10.1126/science.aaf4778
© Карпова Ярослава Дмитриевна к.б.н., научн. сотр. лаборатории биохимии процессов онтогенеза. Область научных интересов: биология развития, протеасомная биология, иммунологическая толерантность.

В последнем номере Science сразу две статьи посвящены роли протеасом в нахождении пары, образовании синапса и гомологичной рекомбинации хромосом в мейозе. До настоящего времени некоторые работы указывали на возможное участие протеасом в этих процессах, однако ранее их роль не была четко определена.

При подготовке к первому делению мейоза хромосомы объединяются в соответствующие гомологичные пары, в цепи ДНК делаются двунетевые разрезы, которые являются стартовой точкой образования гомологичных пар, хиазм и кроссинговера. Хромосомы имеют множество потенциальных стартовых сайтов, но лишь некоторые из них в действительности становятся началом кроссинговера. Prasada Rao с соавторами обнаружили, что центральную роль в выборе таких сайтов играют белки SUMO, убиквитин и протеасомы.

Ткани человека в чашке Петри: научные и этические последствия развития технологии получения органоидов человека
По материалам статьи Bredenoord et al. "Human tissues in a dish: The research and ethical implications of organoid technology" Science, 20 января 2017 года.
© Воротеляк Екатерина Андреевна
доктор биологических наук, член-корр. РАН.
Зав. лабораторией клеточной биологии ИБР РАН.

Сегодня можно думать, что мечта всех исследователей в области биомедицины – вырастить орган человека целиком в условиях культуры – как никогда близка к реализации. Технология выращивания органоидов уже позволила получить мини-мозг, мини-кишечник, сетчатку и некоторые другие прототипы органов. Конечно, до получения полноценных «запчастей» еще очень далеко, однако поскольку органоиды моделируют развитие и самоподдержание органов человека, у них есть все шансы уже сегодня произвести революцию в биомедицинских исследованиях и в поиске новых лекарственных средств и в их испытании. В журнале Science в январе 2017 года вышел обзор по органоидам, среди авторов которого Hans Clevers, впервые получивший органоиды кишечника и Juergen Knoblich – специалист в области органоидов мозга. Авторы обзора подробно рассматривают, как влияет развивающаяся технология получения органоидов на область экспериментов на животных, исследования на человеческих эмбрионах, плодах и тканях. Особое внимание авторы уделяют переформатированию морально-этического поля биомедицинских исследований, которое, как они полагают, вызовет широкое использование органоидов человека. Впрочем, как можно заметить, многие проблемы, затронутые авторами, касаются не столько органоидов, сколько клеточных технологий в общем смысле.

Ничто не слишком!
Комментарий к обзору: Jan Nevoral, Jean-Francois Bodart, and Jaroslav Petr. Gasotransmitters in Gametogenesis and Early Development: Holy Trinity for Assisted Reproductive Technology—A Review. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2016, Article ID 1730750.
© Шмуклер Юрий Борисович в.н.с., доктор биологических наук. Область научных интересов: несинаптические функции классических нейромедиаторов.

Когда-то в мини-монографии, посвященной роли трансмиттеров в регуляции развития, авторы обсуждали вопрос о «кажущейся избыточности сигнальных веществ в зародышевой клетке», поскольку в бластомерах одновременно присутствуют серотонин с катехоламинами и различные вторичные мессенджеры – цАМФ, ИТФ, ОАГ и ионы кальция (Shmukler, Buznikov. 1998. Perspect. Dev. Neurobiol., 5, 469-480). С тех пор ситуация только усложняется с обнаружением одновременной экспрессии в одноклеточных и дробящихся зародышах компонентов сигнальных путей различных катехоламиновых трансмиттеров (Čikoš et al., 2015, Biologia 70/9: 1263—1271), а также различных типов серотониновых рецепторов у птиц (Olszanska et al), земноводных (Shmukler, Nikishin. In: Cell Interactions, InTech, 2012, Ch. 2, pp. 31-65) и млекопитающих (Čikoš et al., 2011, Human Reproduction, Vol.26, No.9 pp. 2296–2305; Nikishin et al, in press). Ныне же картину регуляции раннего эмбрионального развития приходится дополнить еще и включением механизмов с участием газотрансмиттеров – NO и H2S:

Роль нейроглии в порочном круге развития хронической боли: вопрос остается открытым
Комментарий к статье: M.T. Kronschläger, R. Drdla-Schutting, M. Gassner, S.D. Honsek, H.L. Teuchmann,J. Sandkühler “Gliogenic LTP spreads widely in nociceptive pathways” Science.2016:V. 354.Issue 6316. Р. 1144-1148 DOI: 10.1126/science.aah5715
© Захарова Людмила Алексеевна доктор биологических наук, профессор, г.н.с. лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза. Область научных интересов: клеточные и молекулярные механизмы взаимодействия нейроэндокринной и иммунной систем в онтогенезе.

Исследования последних лет теперь позволяют понять, почему обычные обезболивающие средства неэффективны при нейропатической боли. Лечение хронической боли направлено на подавление активности нейронов, однако такие меры могут оказаться безуспешными, если не устранить сенсибилизирующее влияние глиальных клеток. Исследование порочных кругов, обусловливающих подобное влияние, позволило предложить новые способы ликвидации самой причины нейропатической боли. В основе этих пока еще экспериментальных способов лежат нормализация активности глиальных клеток, подавление выработки ими факторов воспаления и воздействие противовоспалительными веществами.

Кетоновая диета, деконденсация хроматина, нейрогенез и когнитивные функции. Прикладные и фундаментальные перспективы недавнего исследования на мышиной модели синдрома Кабуки.
Комментарий к статье: Benjamin JS, Pilarowski GO, Carosso GA, Zhang L, Huso DL, Goff LA, Vernon HJ, Hansen KD, Bjornsson HT. A ketogenic diet rescues hippocampal memory defects in a mouse model of Kabuki syndrome. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Jan 3;114(1):125-130. doi: 10.1073/pnas.1611431114.
© Дьяконова Варвара Евгеньевна доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории нейробиологии развития. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

Связь состояния хроматина с когнитивными функциями остро обсуждается в самое последнее время. В этом отношении патогенез интеллектуальных способностей и возможности терапии при синдроме Кабуки особенно интересны. Синдром Кабуки это моногенное заболевание, вызванное мутациями в генах, связанных как раз с эпигенетической регуляцией работы генома, а именно в метилтрансферазе 2D, либо в деметилазе 6А. Оба белка независимо способствуют деконденсации хроматина, процессу, необходимому для экспрессии генов. Мутации в их генах приводят к дисбалансу открытого и закрытого состояния хроматина в сторону последнего и проявляются в тяжелых когнитивных нарушениях, сниженном нейрогенезе, замедлении развития и нарушении целого ряда других функций. В течение долгого времени синдром Кабуки относился к неизлечимым заболеваниям.

Переосмысление этических принципов в исследованиях эмбриона человека
По материалам статьи Робина МакКи, редактора отдела науки газеты Observer, 4 декабря 2016 г.

В начале декабря этого года ведущими специалистами в области фертильности профессором Робином Ловелл-Бэджем (Robin Lovell-Badge) из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне и одним из пионеров в области ЭКО профессором Саймоном Фишель (Simon Fishel), было высказано предложение о продлении нынешнего 14-дневного лимита для проведения экспериментов на человеческих эмбрионах до 28 дней.

Отдельные гаплотипы мтДНК имеют репликативные преимущества, что может привести к вытеснению донорских митохондрий после процедуры митохондриального замещения
Комментарий к статье Mitochondrial replacement in human oocytes carrying pathogenic mitochondrial DNA mutations. Kang E, Wu J, Gutierrez NM, Koski A, Tippner-Hedges R, Agaronyan K, Platero-Luengo A, Martinez-Redondo P, Ma H, Lee Y, Hayama T, Van Dyken C, Wang X, Luo S, Ahmed R, Li Y, Ji D, Kayali R, Cinnioglu C, Olson S, Jensen J, Battaglia D, Lee D, Wu D, Huang T, Wolf DP, Temiakov D, Belmonte JC, Amato P, Mitalipov S. Nature. 2016 Dec 8; 540(7632): 270-275. doi: 10.1038/nature20592. PMID: 27919073
© Никишин Денис Александрович научный сотрудник лаборатории проблем регенерации (группа эмбриофизиологии), кандидат биологических наук.

В апреле 2016 года в Мексике родился ребенок от трех родителей. Мать ребенка является носительницей тяжелого наследственного заболевания, связанного с мутацией в митохондриальной ДНК (мтДНК) и поэтому неизбежно передающегося по материнской линии, от матери к ребенку. Родители прибегли к помощи так называемых трёхродительских вспомогательных репродуктивных технологий с использованием донорской яйцеклетки с нормальными митохондриями. Степень тяжести митохондриального заболевания зависит от уровня гетероплазмии – генетической разнородности популяции митохондрий в организме или конкретной ткани. Как показали генетические анализы, у мальчика остался 1% материнских мутантных митохондрий. Важно понять, какие последствия может нести эта остаточная популяция материнских мутантных митохондрий в перспективе.

Повреждение тканей и клеточное старение тесно взаимосвязаны с клеточным репрограммированием in vivo
Комментарий к статье Mosteiro L, Pantoja C, Alcazar N, Marion RM, Chondronasiou D, Rovira M, Fernandez-Marcos PJ, Munoz-Martin M, Blanco-Aparicio C, Pastor J, Gomez-Lopez G, De Martino A, Blasco MA, Abad M, Serrano M. Tissue damage and senescence provide critical signals for cellular reprogramming in vivo. Science. 2016 Nov 25;354(6315).
© Дашинимаев Эрдем Баирович научный сотрудник лаборатории клеточной биологии, кандидат биологических наук.

После революционных работ Синъе Яманаки 2006-2007г. по репрограммированию соматических клеток в плюрипотентное состояние, и последовавшем за ними «цунами» научных работ (более 10 000 публикаций в одном только 2012 году), изучавших это явление вдоль и поперек, могло показаться, что изучать в этой области уже нечего. Однако это не так. Ведь подавляющее большинство исследователей работали на моделях in vitro, когда культуры клеток находятся в искусственной, «не природной» среде, поэтому многие интересные моменты, связанные с феноменом клеточного репрограммирования in vivo, для нас все еще скрыты.

Трансплантированные клетки эмбриональной нервной ткани интегрируются в нейронные сети неокортекса взрослого реципиента
Комментарий к статье: "Transplanted embryonic neurons integrate into adult neocortical circuits" (Falkner et al. Nature. 2016.Vol.539(7628). P. 248-253).
© Сухинич Кирилл Константинович − младший научный сотрудник лаборатории проблем регенерации группы экспериментальной нейробиологии

История изучения регенерации в центральной нервной системе насчитывает уже более ста лет. Метод нейротрансплантации фетальной ткани по праву можно назвать классическим подходом. За это время были достигнуты значительные успехи, как в области фундаментальной науки, так и клинической трансплантации. В 2016 году выходит статья в Nature, привлекшая особое внимание общественности: "Transplanted embryonic neurons integrate into adult neocortical circuits" (Falkner et al. Nature. 2016. Vol. 539(7628). P. 248-253). Авторы статьи поставили перед собой цель максимально подробно изучить возможность интеграции трансплантированных клеток эмбрионального неокортекса в нейронные сети мозга реципиента после повреждения зрительной коры. Стоит отметить, что работы, в которых показаны способности клеток трансплантатов фетальной ткани интегрироваться в нейронные сети зрительной коры проводились и ранее, в частности сотрудниками Института Биологии Развития, и авторы рассматриваемой статьи ссылаются на одну из этих работ “Afferents to visually responsive grafts of embryonic occipital neocortex tissue implanted into V1 (Oc1) cortical area of adult rats” (Gaillard F., Girman S.V., Gaillard A. Restor Neurol Neurosci. 1998. Vol. 12(1). P.13-25.).

Выявлена ключевая роль «пятого нуклеотида» молекул мРНК в детерминации пола у дрозофил.
© Симонова Ольга Борисовна − руководитель лаборатории РЕГУЛЯЦИИ МОРФОГЕНЕЗА, кандидат биологических наук.

Группа ученых из Бирмингемского Университета показала участие эпигенетически модифицированной мРНК, N6-метиладенозин (m6A), в регуляции экспрессии генов, контролирующих определение пола плодовых мушек дрозофил.

Оогенез мыши in vitro: от ЭСК и иПСК до жизнеспособного, фертильного потомства и обратно
Комментарий к статье: Reconstitution in vitro of the entire cycle of the mouse female germ line. Hikabe O, Hamazaki N, Nagamatsu G, Obata Y, Hirao Y, Hamada N, Shimamoto S, Imamura T, Nakashima K, Saitou M, Hayashi K. Nature. 2016 539, 299–303 (10 November 2016) doi:10.1038/nature20104.
© Кулибин Андрей Юрьевич, старший научный сотрудник лаборатории эволюционной биологии развития, кандидат биологических наук.

В последние годы активно развивается направление воспроизведения полного процесса гаметогенеза в культуре. В работе «Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells in vitro» (Zhou et al. Cell Stem Cell. 2016 doi: 10.1016/j.stem.2016.01.017) были получены мужские гаметы из ЭСК мыши. В работе «Offspring from oocytes derived from in vitro primordial germ cell-like cells in mice» (Hayashi et al. Science. 2012 doi: 10.1126/science.1226889) клетки, подобные первичным половым клеткам (ППК), были получены из женских ЭСК и иПСК мыши. Эти клетки смешивали с суспензией клеток эмбрионального яичника, культивировали непродолжительное время и трансплантировали под бурсу яичника иммунодефицитных мышей, где происходили их дифференцировка, рост и созревание; в результате после процедуры экстракорпорального оплодотворения от таких, частично выращенных в культуре ооцитов было получено фертильное потомство. В исследовании, опубликованном в 2016 г. этой же группой исследователей (Complete in vitro generation of fertile oocytes from mouse primordial germ cells. Morohaku et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 doi: 10.1073/pnas.1603817113), впервые был полностью реконструирован процесс оогенеза мыши в культуре, начиная с первичных половых клеток и заканчивая зрелыми ооцитами на стадии метафазы II деления мейоза, способными к оплодотворению и образованию жизнеспособного потомства. Наконец, в последней статье этих исследователей, опубликованной в Nature в ноябре 2016 г. (Reconstitution in vitro of the entire cycle of the mouse female germ line), совмещены методические подходы, использованные в двух предыдущих статьях, и процесс оогенеза мыши воспроизведен в культуре полностью, начиная с ЭСК мыши, через стадию ППК-подобных клеток, стадии дифференцировки, роста и созревания ооцитов, и заканчивая зрелыми ооцитами, которые, после оплодотворения, давали жизнеспособное фертильное потомство.

Гемогенный эндотелий из эмбриональных стволовых клеток: становление дефинитивного кроветворения в аорто-гонадо-мезонефросе воспроизведено in vitro
Комментарий к статье Ng E.S., Azzola L., Bruveris F.F., , Calvanese V., Phipson B., Vlahos K., Hirst C., Jokubaitis V.J., Yu Q.C., Maksimovic J., Liebscher S., Januar V., Zhang Z., Williams B., Conscience A., Durnall J., Jackson S., Costa M., Elliott D., Haylock D.N., Nilsson S.K., Saffery R., Schenke-Layland K., Oshlack A., Mikkola H.K., Stanley E.G., Elefanty A.G. “Differentiation of human embryonic stem cells to HOXA+ hemogenic vasculature that resembles the aorto-gonad-mesonephros”, Nature Biotechnology. 2016. doi: 10.1038/nbt.3702.
© Паюшина Ольга Викторовна старший научный сотрудник лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза, доктор биологических наук.

Реконструкция in vitro процесса эмбрионального кроветворения у человека представляет собой как теоретически, так и практически важную задачу. С одной стороны, этические и технические проблемы работы с человеческим эмбриональным материалом порождают необходимость создания экспериментальных моделей для изучения начальных стадий развития кроветворной системы в условиях клеточной культуры, с другой – получение in vitro стволовых кроветворных клеток (СКК) могло бы удовлетворить потребности пациентов, нуждающихся в их трансплантации. Перспективным подходом к решению этой задачи является дифференцировка плюрипотентных клеток человека (в частности, эмбриональных стволовых) в кроветворном направлении.

Эпигенетические факторы в быстром перепрограммировании генома на начальных стадиях развития млекопитающих
Комментарий к статьям:
Dahl, J. A. et al. Broad histone H3K4me3 domains in mouse oocytes modulate maternal-to-zygotic transition. nature19360 (2016). Nature, 537, 548–552 (22 September 2016) doi:10.1038/nature19360
Zhang, B. et al. Allelic reprogramming of the histone modification H3K4me3 in early mammalian development. nature19361 (2016). Nature 537, 553–557 (22 September 2016) doi:10.1038/nature19361
Liu, X. et al. Distinct features of H3K4me3 and H3K27me3 chromatin domains in pre-implantation embryos. nature19362 (2016). Nature 537, 558–562 (22 September 2016) oi:10.1038/nature19362
© Минин Андрей Александрович кбн, заведующий лабораторией экспериментальной эмбриологии. Область научных интересов: молекулярная биология раннего развития.

Появившаяся в журнале Nature статья представляет несомненный интерес для всех, занимающихся проблемами биологии развития, генетики и эволюции. Это связано с важным концептуальным характером огромной по охвату экспериментальных объектов работы, проделанной в лаборатории Итаи Янаи в Израильском Институте Технологии (Itai Yanai, The Technion-Israel Institute of Technology, Department of Biology).Чтобы оценить значение рассматриваемой работы, кажется полезным обратиться к истории проблемы.

Присутствие других особей стаи снижает интенсивность метаболизма
Комментарий к статье: Lauren E. Nadler, Shaun S. Killen, Eva C. McClure, Philip L. Munday and Mark I. McCormick. Shoaling reduces metabolic rate in a gregarious coral reef fish species. Journal of Experimental Biology (2016) 219, 2802-2805 doi:10.1242/jeb.139493
© Дьяконова Варвара Евгеньевна доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Лаборатория нейробиологии развития. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

О биологических преимуществах жизни в стае высказывалось много гипотез. К числу наиболее популярных относятся (1) расширение контроля над окружающей средой за счет «коллективного использования» индивидуальных органов чувств; (2) снижение нагрузки на нервную систему животного за счет коллективного контроля над окружающей средой и, как следствие, снижение уровня стресса; (3) рассредоточение внимания хищника при атаках.

Для танго по-прежнему нужны двое, хотя партеногеноты оказались способны репрограммировать мужские гаметы
Комментарий к статье Suzuki T, Asami M, Hoffmann M, Lu X, Guzvic M, Klein CA, Perry AC. Mice produced by mitotic reprogramming of sperm injected into haploid parthenogenotes. Nature Communications. 2016 Sep 13;7.
© Баклушинская Ирина Юрьевна, ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития, доктор биологических наук.

Статья, вышедшая 13 сентября в престижном журнале Nature Communications вызвала широкий резонанс в средствах массовой информации , в том числе и в нашей стране. Чем же настолько заинтересовала публикация с весьма сложным названием? И почему заметка редактора (Gretchen Vogel) одного из ведущих журналов (Science) имеет название ‘Motherless babies!’ How to create a tabloid science headline in five easy steps (Дети без матери! Как за пять легких шагов сотворить таблоидно-научный заголовок. Попробуем разобраться, обоснованно ли такое внимание или это мыльный пузырь, родившийся в муках перевода "с научного" на "газетный" язык.

Микровезикулы эмбриональных стволовых клеток влияют на имплантацию эмбриона
Комментарии к статье Desrochers LM, Bordeleau F, Reinhart-King CA, Cerione RA, Antonyak MA. "Microvesicles provide a mechanism for intercellular communication by embryonic stem cells during embryo implantation", Nat Commun. 2016, 7 (11958) doi: 10.1038/ncomms11958
sheveleva © Шевелева Ольга Николаевна, научный сотрудник Лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза, кандидат биологических наук.

В наше время все более актуальной становится проблема бесплодия. Частично она решается благодаря широкому распространению искусственного оплодотворения. Однако зачастую эта дорогостоящая процедура оказывается недостаточно эффективной из-за проблем с имплантацией эмбриона. Имплантация – это комплексный процесс, подразумевающий тесное взаимодействие между стенкой матки матери и эмбрионом на стадии бластоцисты. При этом важную роль играют клетки трофобласта, которые мигрируют и внедряются в стенку матки, обеспечивая прикрепление зародыша и начало образования плаценты. Успешность имплантации и правильное формирование плаценты определяет в дальнейшем успешность всей беременности.

До сих пор подавляющее большинство исследований, посвященных имплантации, сосредотачивались на изучении взаимодействия клеток матки с клетками трофобласта. Работа Desrochers et al, 2016 года посвящена исследованию нового механизма, лежащего в основе успешной имплантации эмбриона, − взаимодействия между клетками внутренней клеточной массы (ВКМ) и трофобласта внутри самого зародыша. Это взаимодействие осуществляется с помощью внеклеточных везикул, секретируемых клетками ВКМ и поглощаемых клетками трофобласта.

Впервые в культуре реконструирован полный процесс оогенеза − начиная от первичных половых клеток и заканчивая зрелыми ооцитами
Комментарий к статье: Complete in vitro generation of fertile oocytes from mouse primordial germ cells. Morohaku K, Tanimoto R, Sasaki K, Kawahara-Miki R, Kono T, Hayashi K, Hirao Y, Obata Y. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Aug 9;113(32):9021-6. doi: 10.1073/pnas.1603817113.
© Кулибин Андрей Юрьевич, старший научный сотрудник лаборатории эволюционной биологии развития, кандидат биологических наук.

Воспроизведение всех этапов гаметогенеза in vitro – важная нетривиальная задача, имеющая как фундаментальное, так и практическое, медицинское значение. Возможность получения мужских гамет in vitro из эмбриональных стволовых клеток была продемонстрирована уже несколькими группами исследователей; последняя работа на эту тему была опубликована в 2016 г. (Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro. Zhou Q, Wang M, Yuan Y et al. Cell Stem Cell. 2016 Mar 3;18(3):330-40. doi: 10.1016/j.stem.2016.01.017). В то же время возможность воспроизведения в культуре оогенеза вызывала сомнения, в первую очередь из-за сложных взаимодействий, устанавливающихся между ооцитом и поддерживающими его рост фолликулярными клетками. Действительно, до настоящего времени в культуре удавалось поддерживать лишь отдельные стадии этого процесса, но ни нормального образования фолликулов, ни сравнимого с ситуацией in vivo роста ооцитов получить не удавалось.

Новое Руководство ISSCR 2016 года устанавливает общие правила для исследований стволовых клеток и их трансляции в клиническую практику
По материалам отчета ISSCR «Setting Global Standards for Stem Cell Research and Clinical Translation: The 2016 ISSCR Guidelines», Stem Cell Reports | Vol. 6 | 787-797 j June 14, 2016.

Международное общество Исследования стволовых клеток (ISSCR) выпустило руководство 2016 года по исследованию и внедрению в клиническую практику стволовых клеток (ISSCR, 2016). Руководство 2016 года является пересмотренным вариантом двух прошлых документов (ISSCR, 2006; ISSCR, 2008). Оно интегрирует принципы и методы наиболее успешной практики для содействия прогрессу в фундаментальных, доклинических и клинических исследованиях. За прошедшее десятилетие исследования стволовых клеток были весьма результативны, однако появились новые этические, социальные и политические проблемы. Например, новые открытия и методы, такие как редактирование генома или пересадка митохондрий, открывая большие возможности, ставят непростые этические вопросы. Кроме того, исследования стволовых клеток и их клиническое применение все чаще пересекают границы, требуя выработки единой международной политики. Все это послужило причиной пересмотра ISSCR Руководства.

Начало эпигенетики живого мозга человека: скоро ли увидим как мозг «напрягает» гены при решении задач?
Комментарий к статье Wey HY, Gilbert TM, Zurcher NR, She A, Bhanot A, Taillon BD, Schroeder FA, Wang C, Haggarty SJ, Hooker JM. Insights into neuroepigenetics through human histone deacetylase PET imaging. Sci Transl Med. 2016 Aug 10;8(351):351ra106. doi: 10.1126/scitranslmed.aaf7551.
© Захаров Игорь Сергеевич, доктор биологических наук, председатель ученого совета ИБР, заведующий лабораторией НЕЙРОБИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ.

Группа ученых Главного госпиталя Массачусетса (Massachusetts General Hospital) под руководством химика, доктора Якоба Хукера совершила прорыв в изучении эпигенетических процессов в головном мозге человека. Они впервые разработали методику получения паттерна экспрессии генов на живом человеческом мозге.

Хукер и его коллеги создали в 2012 году агент «Мартиностат» (название, производное от Martinos Center for Biomedical Imaging at MGH) − небольшую молекулу, содержащую радиоактивную метку, которая проходит гематоэнцефалический барьер и связывается с ферментом деацетилазой гистонов (HDAC) первого типа (всего известно три изоформы этого фермента). Модифицируя гистоны и изменяя конформацию хроматина, гистондеацетилазы играют важную роль в регуляции экспрессии генов. Если гистонацетилазы повышают уровень ацетилирования гистонов, что обычно связанно с повышением транскрипционной активности, то гистондеацетилазы уменьшают уровень ацетилирования и приводят к репрессии генов. Таким образом, на полученных ПЭТ-картинах наиболее интенсивный сигнал в областях, в которых активна система, вызывающая выключение экспрессии генов в нейронах.

Найден маркер, позволяющией дифференцировать пролиферирующие и зрелые β-клетки в островках Лангерганса
Комментарий к статье Bader E., Migliorini A., Gegg M., Moruzzi N., Gerdes J., Roscioni S.S., Bakhti M., Brandl E., Irmler M., Beckers J., Aichler M., Feuchtinger A., Leitzinger C., Zischka H., Wang-Sattler R., Jastroch M., Tschop M., Machicao F., Staiger H., Haring H.U., Chmelova H., Chouinard J.A., Oskolkov N., Korsgren O., Speier S., Lickert H. Identification of proliferative and mature ?-cells in the islets of Langerhans. Nature. 2016 Jul 11. doi: 10.1038/nature18624.
© Петракова Ольга Сергеевна, к.б.н., научный сотрудник кафедры эмбриологии Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Область научных интересов: клеточная биология, клеточная терапия, дифференцировки, энтодерма, диабет.

Бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы продуцируют гормон инсулин, понижающий уровень глюкозы крови. Работа, Bader et al., 2016, опубликованная в июле в Nature, посвящена разработке нового инструмента, позволяющего маркировать (в том числе на генетическом уровне) зрелые β-клетки. Наличие уникального маркера зрелых β-клеток открывает новые возможности для изучения гетерогенности эндокринных клеток, механизмов их созревания и позволяет оценить дифференцировочный статус β-клеток, используемых в целях заместительной клеточной терапии.

Авторы предложили в качестве искомого маркера использовать ген Fltp (также известный как Flattop или Cfap126), являющийся Wnt/PCP-эффектором и репортерным геном. По экспрессии Fltp β-клетки можно четко разделить на две субпопуляции с различными молекулярными, физиологическими и ультраструктурными особенностями: субпопуляцию Fltp-, обладающих высокими пролиферативными способностями и зрелых Fltp+ β-клеток.

На пути к регенерации конечности млекопитающих
Комментарий к статье: Nacu, E., Gromberg, E., Oliveira, C., Drechsel, D. & Tanaka, E. M. / FGF8 and SHH substitute for anterior–posterior tissue interactions to induce limb regeneration // Nature 533, 407–410 (19 May 2016); doi:10.1038/ nature17972
© Григорян Элеонора Норайровна. зав. лабораторией проблем регенерации. д.б.н. Область научных интересов: клеточные и молекулярные механизмы регенерации органов и тканей у позвоночных животных.

Хорошо известна уникальная способность саламандр регенерировать целые органы, включая сложно организованные, такие как конечность. Как и за счет чего происходит этот процесс? Какими должны быть условия у млекопитающих и человека для воспроизведения способности отращивать конечность de novo?

Со времени открытия эпиморфной регенерации конечности у низших позвоночных в XVIII веке ее изучение не прекращалось. В прошлом веке постепенно сложились представления о том, что для корректной регенерации конечности необходимы заживление раны, иннервация, формирование бластемы, последующий рост и дифференцировка бластемы. В 70-х годах (Bryant, 1976) стало понятно, что для осуществления регенерации конечности и формирования ее бластемы клетки антериальной и проксимальной областей конечности должны взаимодействовать (рисунок).

Уникальная система половых хромосом слепушонок: особенности мейоза у самцов с XX хромосомами
В журнале Scientific Reports вышла статья с участием сотрудников института: Unique sex chromosome systems in Ellobius: How do male XX chromosomes recombine and undergo pachytene chromatin inactivation? Matveevsky, S., Bakloushinskaya, I., Kolomiets, O Scientific Reports. 6, 29949; doi: 10.1038/ srep29949 (2016)
© Баклушинская Ирина Юрьевна, ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития, доктор биологических наук.

Трудно переоценить значение мейоза, процесса, который способствует увеличению генетического разнообразия благодаря рекомбинации и обеспечивает стабильность генома вида. Один из подходов при изучении природных явлений − анализ отклонений, исключений из правил. Слепушонки − единственная группа млекопитающих, для которых в норме характерны морфологически идентичные половые хромосомы XX и у самцов, и у самок. Выбор адекватной модели нередко определяет успех исследования. В этом отношении слепушонки (рис. 1), небольшие грызуны, живущие под землей, − многогранный объект для изучения социальности, роли хромосомных перестроек в видообразовании, и, что, возможно, самое интересное, − генетики детерминации пола. Для формирования гонад определяющим является время, место и уровень экспрессии ряда генов, список которых постепенно увеличивается, но ключевыми у плацентарных млекопитающих признаны Sry (Sex-determining Region Y) и SOX9 (SRY-box 9). Пять ныне живущих видов слепушонок рода Ellobius имеют три типа половых хромосом: XX-XY, X0-X0, XX-XX, при этом у видов, утративших Y-хромосому, нет гена Sry, и, как выяснилось сравнительно недавно [Bagheri-Fam, S., Sreenivasan, R., Bernard, P., Knower, K.C., Sekido, R., Lovell-Badge, R., Just, W. and Harley, V.R., 2012. Sox9 gene regulation and the loss of the XY/XX sex-determining mechanism in the mole vole Ellobius lutescens. Chromosome research, 20(1), pp. 191-199 http://link.springer.com/article/10.1007/s10577-011-9269-5], структура энхансера гена SOX9 нарушена из-за делеции в консервативном районе, что также должно вести к нарушению экспрессии. До сих пор непонятно, благодаря каким генам каскада детерминации пола выживают (и процветают!) обыкновенная и восточная слепушонки − фоновые широкоареальные виды слепушонки.

На пути к таргетному предупреждению старения: ревизия клеточной мишени
Комментарий к статье: Hall BM, Balan V, Gleiberman AS, Strom E, Krasnov P, Virtuoso LP, Rydkina E, Vujcic S, Balan K, Gitlin I, Leonova K, Polinsky A, Chernova OB, Gudkov AV. Aging of mice is associated with p16(Ink4a)- and ?-galactosidase-positive macrophage accumulation that can be induced in young mice by senescent cells. Aging. 2016 Jul 6.
© Сахаров Дмитрий Антонович доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории нейробиологии развития. Области научных интересов: нервные клетки, нейронные ансамбли, сигнальные молекулы, нейроэтология.

В ближайшем номере журнала Aging ожидается публикация результатов, о содержании которых 6 июля сообщил пресс-релиз под заголовком: Everon Biosciences Introduces New Age-Related Cellular Target That Changes Focus of Antiaging Drug Discovery

Частная компания Everon Biosciences, Inc. (Buffalo, N.Y.), которую возглавляет химик-органик Александр Полинский, создана с прицелом на разработку средств против старения. Исследованиями руководит молекулярный биолог Андрей Владимирович Гудков.

Первый шаг на пути к математическому моделированию «цветного» мозга сделан
Доклад Л. Ю. Жиляковой «Об одном подходе к моделированию гетерогенных нейронных сетей» на Седьмой Международной Конференции по когнитивной науке, Светлогорск, 20-25 июня 2016 года
© Дьяконова Варвара Евгеньевна доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Лаборатория нейробиологии развития. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

Среди многих интересных сообщений на седьмой конференции по когнитивной науке хочется отметить доклад, который может стать началом для действительно нового и, главное, адекватного с биологической точки зрения подхода к математическому моделированию нервной системы.

На протяжении многих лет основной парадигмой в моделировании мыслительных и поведенческих процессов является коннекционизм – подход, в котором модель представляет собой сложную сеть из связанных между собой относительно простых и одинаковых элементов

Анализ транскриптомов зародышей десяти далеких групп животных подтверждает гипотезу «песочных часов»
Комментарий к статье M.Levin, L.Anavy, A.G.Cole, E.Winter, N.Mostov, S.Khair, N.Senderovich, E.Kovalev, D.H. Silver, M.Feder, S.L.Fernandez-Valverde, N.Nakanishi, D.Simmons, O.Simakov, T.Larsson, S.-Y.Liu, A.Jerafi-Vider, K.Yaniv, J.F.Ryan, M.Q.Martindale, J.C.Rink, D.Arendt, S.M. Degnan, B.M.Degnan, T.Hashimshony, I.Yanai. The mid-developmental transition and the evolution of animal body plans. Nature. 2016 Mar 31; 531(7596): 637–641
© Минин Андрей Александрович кбн, заведующий лабораторией экспериментальной эмбриологии.
Область научных интересов: молекулярная биология раннего развития.

Появившаяся в журнале Nature статья представляет несомненный интерес для всех, занимающихся проблемами биологии развития, генетики и эволюции. Это связано с важным концептуальным характером огромной по охвату экспериментальных объектов работы, проделанной в лаборатории Итаи Янаи в Израильском Институте Технологии (Itai Yanai, The Technion-Israel Institute of Technology, Department of Biology).Чтобы оценить значение рассматриваемой работы, кажется полезным обратиться к истории проблемы.

Искусственный геном: однажды в далекой – далекой…
Комментарий к статье: Kupferschmidt K. CRISPR views of embryos and cells. Science. 03 Jun 2016 : 1156-1157.
© Куликов Алексей Михайлович, зав. лабораторией эволюционной генетики развития. дбн, зам. директора ИБР по научной работе. Область научных интересов: механизмы эволюции на ранних этапах дивергенции видов.

10 мая в Гарвардском Университете состоялась конференция по проблеме разработки и синтеза искусственного генома человека. Обсуждался вопрос – быть или не быть проекту HGP-wright (Human Genome Project-Wright), как с позиций научно-методологических, так и юридических, и коммерческих. Учитывая неоднозначное отношение общества к данной проблеме, конференция проходила за «закрытыми дверями», без приглашения журналистов и освещения в прессе. И именно поэтому вызвала интерес и последующую бурную дискуссию. Говоря о научной стороне проекта, мнения специалистов разделились. Оппозиционно относящиеся к заявленным задачам ученые считают, что проект имеет неоправданно высокие риски, связанные с глобальностью декларируемых целей и подходов, имеющих значительно более простые пути решения. Так, возможности редактирования конкретных геномов позволяют исправлять известные нарушения и применять соответствующие изменения для восстановления функциональной активности тканей и органов. Аргументы сторонников проекта как раз связаны с масштабами задач, возможностью манипулировать геномами и их фрагментами, постепенно наращивать генетическое разнообразие в составе диплоидного генома и сложность взаимодействий между разными генами. И кстати, если первый проект HGP привел к качественному скачку в технологиях секвенирования и анализа последовательностей, то трудно представить, какие технологические прорывы ожидаются при выполнении очередного проекта HGP2.

Гигантизм сперматозоидов у дрозофил и половой отбор
Комментарий к статье: How sexual selection can drive the evolution of costly sperm ornamentation Stefan Lupold, Mollie K. Manier, Nalini Puniamoorthy, Christopher Schoff, William T. Starmer, Shannon H. Buckley Luepold, John M. Belote & Scott Pitnick. Nature 533, 535–538 (26 May 2016)
© Симонова Ольга Борисовна − руководитель лаборатории РЕГУЛЯЦИИ МОРФОГЕНЕЗА, кандидат биологических наук.

Гигантские сперматозоиды, которые производят самцы некоторых дрозофил, стали результатом действия тех же эволюционных механизмов, что и оленьи рога, или павлиний хвост. Решение «парадокса больших сперматозоидов» предложено в статье, опубликованной журналом Nature.

Яйцеклетки животных почти всегда значительно крупнее сперматозоидов. Самцам же выгоднее вкладывать свои ресурсы в производство бОльшего количества мелких половых клеток, повышая шансы на оплодотворение. Поэтому до сих пор оставалось неясным, почему у некоторых видов половые клетки достигают огромной величины. Рекордсменами в этом отношении стали мухи Drosophila bifurca. При собственных размерах тела в несколько миллиметров их сперматозоиды приближаются к 6 см в длину.

В геномах нейронов взрослого мозга выявлено большое количество мутаций
Комментарий к статье: Hazen JL, Faust GG, Rodriguez AR, Ferguson WC, Shumilina S, Clark RA, Boland MJ, Martin G, Chubukov P, Tsunemoto RK, Torkamani A, Kupriyanov S, Hall IM, Baldwin KK. The Complete Genome Sequences, Unique Mutational Spectra, and Developmental Potency of Adult Neurons Revealed by Cloning. Neuron. 2016 Mar 16;89(6):1223-36. doi: 10.1016/j.neuron.2016.02.004.
© Богуславский Дмитрий Викторович - старший научный сотрудник лаборатории нейробиологии развития, кандидат биологических наук.

Соматические мутации в нейронах связывают с неврологическими болезнями, а также с формированием разных типов нейронов в онтогенезе. Однако происхождение этих мутаций, их паттерн, характер и количество оставались неизвестными. В новом исследовании, опубликованном в журнале Нейрон, ученые из исследовательского института Скриппса (Калифорния, США) впервые получили последовательности полных геномов отдельных нейронов мыши. Исследователи взяли ядра взрослых нейронов и ввели их в яйцеклетки мышей. После нескольких делений количества ДНК стало достаточным для геномного анализа. Чтобы подтвердить, что клонированные клетки действительно были нейронами, а не другими клетками мозга, исследователи метили их флуоресцентными маркерами.

Сколько на самом деле нейронов в мозге, и определяет ли их число когнитивные способности вида?
Комментарий к пленарному докладу на XII Международном конгрессе по нейроэтологии, 27 марта − 4 апреля 2016 года, Монтевидео, Уругвай.
Suzana Herculano-Houzel (Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil) «BRAIN DIVERSITY IN EVOLUTION: WHAT CHANGES, WHAT DOESN’T − AND WHAT DOES IT MATTER?»
© Воронцов Дмитрий Дмитриевич , кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Лаборатория нейробиологии развития. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

Человек долго искал морфометрическую оценку мозга животных, которая бы хорошо коррелировала с наблюдаемыми в их поведении когнитивными способностями и, заодно, ставила бы его самого выше животных. Ни абсолютная величина мозга, ни соотношение его массы с массой тела, ни более сложно вычисляемые показатели эту задачу полностью не решают, поскольку всегда среди животных обнаруживаются исключения, занимающие «неправильное» с точки зрения человека место на построенной шкале. Все подобные оценки предполагают, что размер мозга пропорционален числу нейронов в нём, и, как теперь стало понятно, неверная оценка «мозг человека содержит 100 миллиардов нейронов» вошла в учебники. Также до недавнего времени не было надежной оценки соотношения нейронов и глиальных клеток в мозге; в качестве примера распространенного ошибочного предположения на этот счёт можно привести соотношение 10 глиальных клеток на 1 нейрон, которое, в свою очередь, в популярной литературе преобразовалось в утверждение «мы используем только 10% своего мозга».

Выявление молекулярных эффекторов программируемого некроза как путь к прояснению взаимосвязи воспаления и клеточной гибели
Комментарий к статье Wallach D., Kang T.-B., Dillon C.P., Green D.R. “Programmed necrosis in inflammation: Toward identification of the effector molecules”, Science. 2016. 352 (6281): aaf2154
© Паюшина Ольга Викторовна старший научный сотрудник лаборатории клеточных и молекулярных основ гистогенеза, доктор биологических наук.

Как известно, воспалительные реакции сопровождаются гибелью клеток, которая в зависимости от ее масштабов может приносить организму как пользу (уничтожение поврежденных или зараженных патогенами клеток), так и вред (массивное повреждение ткани, ведущее к нарушению ее функций). Но является ли клеточная смерть при воспалении только следствием вызываемых им изменений в ткани, или же она сама может выступать в роли пускового механизма воспалительной реакции? Традиционно считалось, что клетки в воспаленной ткани гибнут под влиянием возникающих в ней неблагоприятных условий, связанных с недостатком питания, оксидативным стрессом, продукцией токсичных соединений лейкоцитами, воздействием белков комплемента и т.п. Такая гибель, происходящая путем некроза, с разрывом плазматической мембраны и высвобождением содержимого клетки в межклеточное пространство, противопоставлялась апоптозу – генетически запрограммированному процессу, протекающему без лизиса клетки и ассоциированному не столько с воспалением, сколько с развитием и ремоделированием тканей. Недавнее открытие программируемого некроза делает менее однозначной картину причинно-следственной связи между процессами воспаления и клеточной смерти и порождает потребность в молекулярных маркерах, позволяющих различать формы некротической гибели клеток в воспаленных тканях. Этой проблеме посвящен обзор, опубликованный в апреле 2016 г. в журнале Science (D. Wallach, T.-B. Kang, C.P. Dillon, D.R. Green. Programmed necrosis in inflammation: Toward identification of the effector molecules, V. 352 (6281), aaf2154, DOI: 10.1126/science.aaf2154). В нем авторы рассматривают две разновидности гибели клеток, происходящих, подобно «случайному» некрозу, с разрушением плазматической мембраны, однако управляемых строго определенными молекулярными механизмами, отличными от таковых при апоптозе – некроптоз и пироптоз.

Вторая попытка редактирования генома 3PN человеческих эмбрионов: результаты и выводы.
Комментарий к статье Kang X, He W, Huang Y, Yu Q, Chen Y, Gao X, Sun X, Fan Y. «Introducing precise genetic modifications into human 3PN embryos by CRISPR/Cas-mediated genome editing». J Assist Reprod Genet. 2016 Apr 6.
© Дашинимаев Эрдем Баирович научный сотрудник лаборатории клеточной биологии, кандидат биологических наук.

В апреле 2016 г в журнале Assist Reprod Genet была опубликована электронная версия статьи «Introducing precise genetic modifications into human 3PN embryos by CRISPR/Cas-mediated genome editing» группы исследователей под руководством Yong Fan, и выполненной в медицинском университете города Guangzhou, в Китае.

Данная статья является уже второй опубликованной научной работой по редактированию генома, выполненной на человеческих эмбрионах с тремя пронуклеусами (3PN-эмбрионы). Напомню, что такие эмбрионы получаются чаще всего в результате одновременного проникновения двух сперматозоидов в яйцеклетку, содержат три набора хромосом вместо двух, и отбраковываются в клиниках искусственного оплодотворения, поскольку неспособны дать начало живому организму. Обычно такие эмбрионы делятся 3-5 дней, доходя до стадии морулы и на этом их путь прекращается. Читатели, следящие за данной тематикой, отлично помнят первую нашумевшую статью такого рода, выполненную другой группой китайских исследователей. (Liang P, Xu Y, Zhang X et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein Cell. 2015 May; 6(5):363-72.). Тогда, авторы исследования пришли к общему выводу о том, что несмотря на то, что система CRISPR-Cas9 в целом работает на геноме человеческого эмбриона, однако ее эффективность и существующие методы

Отпечатки опыта предков на нервной системе потомков: можно ли отредактировать эпигенетическое наследование?
Brian Dias (Emory University, USA) «Ancestral imprints on descendant nervous systems» Доклад на 12 Международном конгрессе по нейроэтологии, 27 марта − 4 апреля 2016 года, Монтевидео, Уругвай
© Варвара Евгеньевна Дьяконова доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, Лаборатория нейробиологии развития. Область научных интересов: нейроэтология, нейробиология, нейротрансмиттеры, поведение.

Эпигенетическое влияние поведенческого опыта предков на потомков вплоть до второго поколения показано уже у разных животных, далеких в эволюционном отношении, например, таких как насекомые и млекопитающие. До сих пор механизмы такой трансгенерационной (trans – через, generation – поколение) передачи информации остаются в большой степени загадкой. В 2014 году горячая дискуссия была вызвана публикацией Диаса и Ресслера о возможности эпигенетического наследования повышенной чувствительности к определенному запаху у мышей. (Dias, Ressler, Nature Neurosci. 2014). Несмотря на то, что результаты были опубликованы в самом престижном журнале, многие генетики подвергали их сомнению (см., например, Churchill G, Genetics 198(2):447-8; Francis G. Genetics 198(2):449-51).

Своевременное удаление из организма стареющих клеток по всей видимости увеличивает продолжительность жизни.
Комментарий к статье Darren J. Baker, Bennett G. Childs, Matej Durik et al. «Naturally occurring p16Ink4a-positive cells shorten healthy lifespan» Nature 530, 184–189 (11 February 2016) doi:10.1038/nature16932
© Дашинимаев Эрдем Баирович научный сотрудник лаборатории клеточной биологии, кандидат биологических наук.

В феврале 2016 г в журнале Nature была опубликована статья «Naturally occurring p16Ink4a-positive cells shorten healthy lifespan» группы исследователей под руководством Jan M.van Deursen, из Mayo Clinic College of Medicine, Rochester, Minnesota, USA.

В этой статье авторы сообщают о разработке любопытной трансгенной мышиной модели с введенной генетической конструкцией, позволяющей постепенно элиминировать из организма стареющие клетки. Данная конструкция базируется на химерном белке FK506 – binding protein – caspase 8 (FKBP-Cas8), который способен в присутствии вещества AP20187 (AP) к димеризации и запуску каспазного каскада, что приводит в итоге к апоптозу клетки в которой экспрессируется FKBP-Cas8.

Полезно перепроверить классику: новые данные о трансмиттерных механизмах в эмбриогенезе.
В журнале Zygote опубликована статья с участием сотрудников ИБР РАН Д.А.Никишина, И.Милошевича, М.Гойковича, Л. Ракича, В.В.Безуглова и Ю.Б.Шмуклера «Expression and functional activity of neurotransmitter system components in sea urchins’ early development» (FirstView Article. Epub: 29 April 2015; 2016, volume 24, issue 02, pp. 206-218)
© Шмуклер Юрий Борисович в.н.с., доктор биологических наук.
Область научных интересов: несинаптические функции классических нейромедиаторов.

Морские ежи − удобнейший и продуктивнейший объект для исследования эмбриональных функций трансмиттеров: на них легко выполняется искусственное оплодотворение и возможны массовые фармакологические эксперименты на генетически однородном материале с быстрым и легко наблюдаемым развитием. На ранних зародышах морских ежей были накоплены многочисленные данные об участии трансмиттеров в контроле делений дробления, состояния цитоскелета, межбластомерных взаимодействий и т.д. (Buznikov, 1989; Buznikov & Grigoriev, 1990; Shmukler, 1981, 2010).

Ооциты млекопитающих дифференцируются, обогащаясь органеллами питающих клеток цист
Комментарий к статье Lei L. and Spradling A.C. Mouse oocytes differentiate through organelle enrichment from sister cyst germ cells. Science 352, 95 (2016).
© Минин Андрей Александрович кбн, заведующий лабораторией экспериментальной эмбриологии.
Область научных интересов: молекулярная биология раннего развития.

Ооциты млекопитающих – единственные клетки, из которых может образоваться зародыш при нормальном развитии. Количество ооцитов у млекопитающих, формирующихся в гонадах женских особей на ранних этапах развития и в дальнейшем созревающих, ограничено. Именно поэтому ооциты оказываются лимитирующим компонентом во многих генетических, биотехнологических и репродуктивных процедурах при проведении экспериментальных и практических работ. Развитие технологий, использующих эмбриональные стволовые клетки, поставило вопрос получения нормальных ооцитов млекопитающих из этих или других типов клеток, однако до сих пор успехи таких экспериментов очень ограниченные. Главной проблемой на сегодняшний день оказывается недостаточность знаний о процессах, происходящих на раннем этапе формирования ооцитов, происходящих в эмбриональных гонадах млекопитающих.

Искусственная жизнь − новые успехи коллектива Крейга Вентера
Комментарий к статье (Hutchison et al., Design and synthesis of a minimal bacterial genome // Science. 2016. V. 351.)
© Куликов Алексей Михайлович, зав. лабораторией эволюционной генетики развития. дбн, зам. директора ИБР по научной работе. Область научных интересов: механизмы эволюции на ранних этапах дивергенции видов.

Новая публикация сотрудников института Крейга Вентера в журнале Science (Hutchison et al., Design and synthesis of a minimal bacterial genome // Science. 2016. V. 351.) привлекла внимание мирового научного сообщества. Команда Крейга Вентера сделала очередной шаг к созданию полностью искусственного организма. Получен синтетический микроорганизм syn3.0 (рис.1), обладатель самого маленького генома, не только искусственно синтезированного, но и построенного с заданным порядком локусов, модифицированных для лучшего взаимодействия между белками, закодированными в этих генах.

Разделяй и властвуй − принципы структуры и функции клеточного ядра
© Баклушинская Ирина Юрьевна, ведущий научный сотрудник лаборатории эволюционной генетики развития, доктор биологических наук.

Современные молекулярно-генетические исследования генома позволяют по-новому взглянуть на организацию ядра в целом, и, что самое интересное, увязать особенности структуры и функции. По меткому выражению Фергюсон-Смита (Ferguson-Smith M.A., 2015. History and evolution of cytogenetics //Molecular Cytogenetics. V. 8. P. 19. DOI 10.1186/s13039-015-0125-8), признание хромосомной теории наследственности в начале ХХ века превратило цитологов, занимающихся изучением ядра и хромосом, в цитогенетиков. За последние несколько лет получено больше доказательств того, что пространственная организация является ключом к функции генома. В дополнение к другим эпигенетическим факторам, расположение хроматина в ядре имеет важное значение для регуляции транскрипции и для установления и поддержания клеточной идентичности во время дифференцировки. Прогресс в этой области зависим от развития технологий генетического и микроскопического анализа, и особенно заметен благодаря прорыву технологий последних лет. В частности, стало возможным выявление областей (доменов) хроматина различной транскрипционной активности, определение частоты цис-взаимодействий, структур и времени репликации

Еще один шаг на пути создания искусственных гамет из эмбриональных стволовых клеток
завершился получением жизнеспособного фертильного потомства
© Кулибин Андрей Юрьевич, старший научный сотрудник лаборатории эволюционной биологии развития, кандидат биологических наук.

25 февраля 2016 г в журнале Cell Stem Cell вышла статья «Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro» группы китайских исследователей под руководством Jiahao Sha из Nanjing Medical University (dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.01.017). В статье авторы сообщают, что ими впервые получены гаплоидные мужские половые клетки мыши in vitro из эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), способные при инъекции в ооциты давать жизнеспособное фертильное потомство. Процесс дифференцировки ЭСК происходил в два этапа. Вначале ЭСК с помощью коктейля ростовых факторов дифференцировали в ППКПК (предшественники гаплоидных половых клеток, появляющиеся в эмбриогенезе). Затем, ППКПК помещали в условия прикрепленной культуры и дифференцировали их в гаплоидные половые клетки (ОСПК). Дифференцировка ППКПК проходила под воздействием комплекса ростовых факторов, ретиноевой кислоты, фолликулостимулирующего гормона и тестостерона. Кроме того, для полного воссоздания условий дифференцировки ППКПК in vivo, их культивировали совместно с соматическими клетками семенника, полученными от мутантных мышат линии KitW/KitWV, лишенных собственных половых клеток. В таких условиях диплоидные ППКПК вступали в процесс мейотических делений, приводящих к образованию гаплоидных округлых сперматид. Мейоз ? особый тип деления, встречающийся