Нейрооктябрь в Nature

Продолжаем наши обзоры по нейроработам в крупнейших научных журналах. За октябрь в журнале Nature появился целый ряд интересных статей по нейронаукам. Наиболее важными публикациями можно считать статьи от проекта «Brain Initiative», в которых авторы применяли различные основания для категоризации нейронов. Ученые полагают, что, используя данные многочисленных исследований, возможно собрать наиболее общую и полноценную классификацию нейронов, которая поможет, в частности, в лечении нейродегенераций. 


Генетика и функционирование нейронов

Первый октябрьский выпуск Nature на обложке имеет изображение мозга, что намекает на количество новостей, посвященных нейронаукам. Все начинается с заметки о программе Brain Initiative, которая была запущена в 2013 году. Несмотря на то, что имеется ощутимый прогресс в создании атласа нейронов и в понимании развития клеток неокортекса в ходе эмбрионального развития, лечение нейродегенеративных заболеваний остается недостигнутым. Неясно, как нейрональные сети обрабатывают информацию, как из клеточной активности появляются когнитивные функции. 

Источник


Продолжается журнал заметками о влиянии климатических изменений на новорожденных, об исследованиях врожденных отклонений новорожденных (в данном случае мышей), о попытке обнаружить генетические основы аутизма, которая оказалась слишком оторванной от реальности. 

Наконец, редакторы описывают ситуацию с проектом каталогизации нейронов мозга. Атласы мозга создаются и с каждым годом уточняются, но все равно далеки от идеала. Сейчас мы находимся в эре Великих географических нейроанатомических открытий. Цель разработки таких карт – таргетное лечение нейродегенеративных заболеваний. 

«Знание всех типов клеток мозга, того, как они соединяются друг с другом и взаимодействуют, открывает совершенно новые подходы к лечению нейродегенераций, которые сегодня мы даже представить не можем», — говорит Джош Гордон, директор национальных институтов ментального здоровья США.

В этом выпуске целых 17 статей связано с созданием таких нейроатласов. Основная статья, которую мы упоминали в нейрооктябре по журналу Science, посвящена созданию атласа первичной моторной коры на основании целого ряда факторов: транскриптома, доступности хроматина, метилирования ДНК, морфологических и электрофизиологических характеристик клетки и так далее. Другая статья описывает компьютерную статистическую модель клетки, которая разрабатывалась на основе анализа транскриптома и эпигенома более чем 500 тысяч нейронов мышей из первичной моторной коры. В третьей статье сравнивались нейроны первичной моторной коры человека, мартышки и мыши. Существуют несколько межвидовых генетических маркеров клетки, благодаря которым каталогизация нейронов мышей может быть применима и к человеку. 

Еще одна работа посвящена метилированию генов как способу классификации нейронов. Генетический механизм клетки обуславливает все разнообразие нейронов, при этом генетический код одинаковый. Отличается экспрессия генов, которая и управляется посредством метилирования. Ученые построили таксономию эпигенетических влияний на клетку, которые активируют/деактивируют этот процесс. 

Отдельное внимание посвящено доступности хроматина в ядре нейронов мыши как основе регуляции программ, которые заложены в клетку. Удивительно, что одинаковые типы клеток могут находиться в совершенно разных частях мозга. Так может именно хроматин определяет их развитие? 

Источник


В журнале есть и статья о классификации нейронов на основании секвенирования РНК, которая по сути демонстрирует историю экспрессии генов конкретной клетки; статья про использование метода локальных потенциалов, окрашивания биоцитином с одновременным секвенированием РНК (Patch-seq); статья об исследовании разнообразия глутаматергической клеток с помощью вышеназванного метода (Patch-seq); статья об исследовании входных и выходных импульсов от нейронов первичной моторной коры мыши; статья про аксональные проекции нейронов первичной моторной коре; статья об генетических инструментах для классификации пирамидальных нейронов на основании их молекулярных процессов; статья об исследовании пути кортекс — базальные ганглии — таламус у мыши с выделением функциональных областей в базальных ганглиях и таламусе; статья об изоморфной специфичности некоторых нейронов, которая зависит от генетического механизма клетки; статья о динамике формирования мозговых структур на основе экспрессии генов, в которой были показаны паттерны экспрессии, участвующие в формировании лобной и затылочной долей. 

В общем и целом статьи исследуют широкий круг вопросов, включая внутри и внеклеточную коммуникацию нейронов, историю изменений нейронов с возрастом вследствие развития и научения. 

«Несмотря на некоторые различия в результатах будущий анализ скомбинированных данных позволит определить подходящую типологию клеток и поможет в исследованиях их функций», — подводит итогЙохан Виннубст из Медицинского института Говарда Хьюза. 

Источник


Удовольствие и наказание

Во втором октябрьском номере журнала Nature можно найти заметку о ментальном здоровье молодых людей, на которое благодаря пандемии стали обращать больше внимания, о преследованиях ученых во время пандемии, о вручении нобелевской премии по физиологии и медицине, о климатической модели, объясняющей, почему нельзя заселить Венеру. В выпуске также есть статья об особенностях кроветворения у больных синдромом Дауна и о механизмах репарации ДНК.

Из интересных статей, относящихся к нейронауке, хочется выделить одну. Статья с заголовком «Дофамин направляет работу ассоциативной памяти в энторинальной коре»: в ней авторы изучают дофаминовую связь в нейрональной сети между энторинальной корой и гиппокампом. Отслеживая электрическую активность клеток, ученые показали, что дофаминовый сигнал из вентральной области покрышки и черной субстанции контролирует формирование ассоциации между сигналом и вознаграждением, которая кодируется во втором слое боковой энторинальной коры (LEC). С помощью оптогенетического ингибирования дофамина ученые могли нарушить кодирование новой ассоциации. 

Исследователи предположили, что LEC представляет из себя своеобразную когнитивную карту правил (можно-удовольствие/нельзя-наказание) выполнения различных действий, а дофамин позволяет включать в эту карту новые правила. 

Источник


Климат и мошенничество

Третий выпуск Nature имеет заголовок «Климатическая очистка». Разумеется, большое количество материала посвящено изменению климата. Есть анонсы про изменение химического состава океанов, о государственном экономическом бремени климатических изменений, о финансовых аспектах ископаемого топлива, о загрязнении воздуха и спасении морских черепах. Нельзя без материалов, посвященных коронавирусу (например, теме супериммунитета), а также без популярной ныне темы генетических модификаций с помощью технологии CRISPR-Cas.

Из интересного: в журнале есть заметка о научном мошенничестве чилийского ученого Клаудио Хертца. В ней описывается суть процесса против ученого, которого обвинили в подделывании изображений в научных статьях. Однако по результатам проверки ученого признали невиновным, хотя изменения в ряде изображений все же имели место быть. Ситуация может послужить с одной стороны прецедентом для улучшения лабораторных стандартов качества, но с другой стороны – в качестве примера, которому молодые ученые могут последовать. Именно этого опасается научное сообщество. 

Источник


Кроме того, в этом номере есть статья, посвященная обработке сенсорной информации у дрозофилы во время сна. Ученые разработали парадигму исследования сенсорной обработки спящего мозга и благодаря ей продемонстрировали, что значимые или наиболее заметные раздражители с большей вероятностью заставляют муху просыпаться. При этом вероятность просыпания зависит от внутреннего состояния. 

Другой нейроматериал посвящен лобной доле мозга. Ученые рассматривают связь префронтальной коры и таламуса, пытаются понять, что на нее влияет. Эта связь, по данным ученых, имеет важное значение для рабочей памяти. В статье ученые определяют таргетные гены неокортекса, которые регулируются действием ретиноевой кислоты. Сама кислота опосредует функции витамина А и необходима для нормального роста и развития. Влияя на гены, ретиноевая кислота способствует правильному формированию префронтальной коры и развитию кортико-таламической связи. 

Источник


Кроме того, изучались различия префронтальной коры человека и макаки, которые по-видимому, обусловлены разной пространственно-временной экспрессией генов. В качестве основных различий ученые выделили увеличенный в префронтальной коре передне-задний градиент плотности дендритов, генетические основы которых и исследовали.

Свежий воздух и научные основы акупунктуры

Четвертый октябрьский выпуск Nature не изобилует статьями о нейронауке. Читатель найдет здесь обсуждения Covid-19, заметки о зеленой энергетике, квантовые исследования времени жизни нейтронов, мысли об изменении климата. 

Из интересных корреспонденций отметим ту, в которой описано, что ВОЗ вдвое сократил рекомендуемую среднегодовую концентрацию мелкодисперсных частиц (PM2.5). Теперь она составляет 5 мкг на метр кубический. Какое отношение эта новость имеет к нейронаукам? Напрямую никакого. Однако на деле высокая концентрация мелких частиц в воздухе способствует его загрязнению, а воздух, в свою очередь, уже определенным образом влияет на мозг. Подробности вы можете узнать их этого видео

Еще одна статья рассказывает об опиоидном механизме вознаграждения у мышей. Исследование показало, что голодные мыши, которых в течение 24 часов не кормили, съедали примерно в три раза больше сахара, чем мыши, у которых был свободный доступ к пище. При этом, как оказалось, у голодных мышей наблюдался рост концентрации энкефалинов в прилежащем ядре (Nucleus Accumbens) — центре вознаграждения и ряда эмоциональных реакций. 

Энкефалины, в свою очередь, активировали опиоидные рецепторы (μ), которые находились на синаптических окончаниях нейронов, идущих от бокового дорсального ядра таламуса, который известен как главный центр контроля настроения. Энкефалины способствовали тому, что сообщение между этими двумя центрами как бы ухудшалось. Как следствие – повышенная тяга мышей к сладенькому. Мораль такова – не нужно мучать себя голодом, иначе вы рискуете съесть больше калорий, налегая на сладкое.

Источник

Еще одно исследование посвящено теме нейроанатамических основ акупунктуры. В своем исследовании авторы изучали сенсорные нейроны, в которых происходит временная или постоянная экспрессия белка прокинетицина (PROKR2Cre). Вопрос состоял в том, на что именно влияет акупунктурная стимуляция данных сенсорных окончаний. Ученые выяснили, что эти нейроны имеют важное влияние на связь блуждающего нерва с надпочечниками. Низкоинтенсивная стимуляция не производила какого-либо эффекта, однако высокоинтенсивная стимуляция позволяла достичь противовоспалительного действия. Ученые подытожили, что, зная пути распространения аксонов клеток PROKR2Cre, можно предсказать области тела, где стимуляция будет оказывать эффект. 

Наконец, еще одна статья посвящена гликопротеинам. Гликопротеины связаны с фолликулостимулирующим (половые железы) и тиреотропным (обмен веществ и щитовидная железа) гормонами. Авторы статьи изучили строение рецептора лютеинизирующего гормона/хориогонадотропина, описав его структуры в активном и неактивном состоянии. Ученые отметили и механизм активации таких рецепторов, который действует по принципу «тяни-толкай»: закрытию рецептора способствует сжатие внеклеточной среды, в свою очередь открытию – ее растяжение. Это исследование дает важные инсайты относительно механизма действия гликопротеиновых гормонов, что может лечь в основу разработки лекарств от эндокринных заболеваний.


Подготовил Никита Отставнов