Глобално и разрешено във времето наблюдение на фотосинтезата на култури с хлорофилна флуоресценция

Luis Guanter, Yongguang Zhang, Martin Jung, Joanna Joiner, Maximilian Voigt, Joseph A. Berry, Christian Frankenberg, Alfredo R. Huete, Pablo Zarco-Tejada, Jung-Eun Lee, M. Susan Moran, Guillermo Ponce-Campos, Christian Beer, Густаво Кемпс-Валс, Нина Бухман, Дамяно Джанел, Катя Клумп, Алесандро Ческати, Джон М. Бейкър и Тимоти Дж. Грифис

значимост

Глобалното производство на храни и биогорива и тяхната уязвимост в променящия се климат са от първостепенно обществено значение. Съвременните прогнози за фотосинтеза на култури обаче са силно несигурни. Тук (стр. E1327 – E1333) ние демонстрираме, че новите космически наблюдения на хлорофилната флуоресценция, емисия, неразривно свързана с биохимията на растенията, позволяват точно, глобално и разрешено във времето измерване на фотосинтезата на посевите, което не е възможно от други дистанционно измерване на растителността. Нашите резултати показват, че данните за флуоресценцията на хлорофила могат да се използват като уникален еталон за подобряване на нашите глобални модели, като по този начин се осигуряват по-надеждни прогнози за производителността на селското стопанство и въздействието на климата върху добивите. Огромното нарастване на наблюдателните способности за флуоресценция в много близко бъдеще засилва значимостта на това изследване.

Критична роля на изолевцин-364 и съседните остатъци в хидрофобния контрол на фосфолипидния транспорт от бозайник P4-ATPase ATP8A2

Анна Л. Вестергаард, Джонатан А. Колман, Томас Лемин, Стайн А. Микелсен, Лори Л. Молдей, Бенте Вилсен, Робърт С. Молдей, Матео Дал Пераро и Йенс Питър Андерсен

Мембраните на еукариотните клетки запазват съществено асиметрично разпределение на фосфолипидите в двете листовки, което зависи от транслокацията от Р4-АТФази (флипази) на специфични фосфолипиди през липидния бислой. Тежките заболявания са резултат от мутации на флипаза. Флипазите са тясно свързани с йонни помпи като Na +, K + -ATPase и Ca 2+ -ATPase, но големият размер на липидния субстрат в сравнение с неорганичните катиони повдига основния въпрос за това как флипазите осъществяват липиден транспорт. Охарактеризирахме флипазата на бозайниците ATP8A2, прилагайки мутагенеза и специфични функционални анализи в комбинация с изчислителни изследвания. Ние идентифицираме (стр. E1334 – E1343) уникален предполагаем липиден транспортен път през флипазния протеин и предлагаме правдоподобен механизъм за транслокация, който е едновременно различен и свързан с добре характеризираните катионни транспортни механизми.

Домен на взаимодействие на протеинова фосфатаза PP1/GLC7 в дрожди eIF2γ байпаси, насочени към нуждите на субединицата за eIF2α дефосфорилиране

Маргарито Рохас, Ан-Клод Гинграс и Томас Е. Девер

Фосфорилирането на фактор за иницииране на синтеза на еукариотен протеин 2α (eIF2α) е основният механизъм, който клетките използват за регулиране на инициирането на транслация. Специфични кинази фосфорилират eIF2α за инхибиране на протеиновия синтез при стресови условия; дефосфорилирането на eIF2α обаче се катализира от общата протеинова фосфатаза PP1. В клетките на бозайници специфичните транс-действащи целеви субединици насочват РР1 към дефосфорилиране eIF2α и възстановяват протеиновия синтез. Тези целеви субединици обаче липсват в дрождите Saccharomyces cerevisiae. Ние показваме (стр. E1344 – E1353), че PP1-свързващ елемент в регион на eIF2γ субединицата, който е уникален за дрождите, е насочен към PP1 до дефосфорилиране eIF2α. По този начин дрождите разчитат на набирането на PP1 в цис в комплекса eIF2, за да поддържат фосфорилирането на eIF2α на нива, подходящи за клетъчната хомеостаза.

Цитратни мостове между минералните тромбоцити в костите

Ерика Дейвис, Карин Х. Мюлер, Уай Чинг Уонг, Крис Дж. Пикард, Дейвид Г. Рийд, Джеръми Н. Скепър и Мелинда Дж. Дуер

Костта съдържа ~ 2% тегл. Цитрат; ролята му в костите обаче остава много обсъждан въпрос. Ние предлагаме (стр. E1354 – E1363) нова структура за костния минерал, при която цитратът в хидратирани слоеве образува мостове между минералните тромбоцити, което може да обясни редица наблюдения в противоречие с предишни модели. Включването на цитрат между минералните тромбоцити може да обясни плоската, подобна на плоча морфология на костните минерални тромбоцити и може да бъде важно за контролирането на кристалността на костния минерал, което от своя страна е от голямо значение за механичните свойства на костите.

Различен фенотип на мутация на болест на Уилсън разкрива нова детерминанта на трафика в меден транспортер ATP7B

Лелита Т. Брайтерман, Амрута Мърти, Самуел Джаякантан, Лидия Нясае, Ерик Ценг, Гражина Громадка, Томас Б. Улф, Светлана Луценко и Ан Л. Хъбард

Болестта на Уилсън (WD) е разстройство на претоварване с мед, чието променливо представяне създава предизвикателства за диагностика и лечение. WD се причинява от мутации в ATP7B, транспортер, който зарежда Cu (I) върху новосинтезирани купро-ензими в мрежата на транс-Голджи (TGN) и изнася излишната мед чрез трафик от TGN към плазмената мембрана. Това мултидисциплинарно проучване (стр. E1364 – E1373) установява, че мутация на пациент, ATP7B-S653Y, има Cu (I) транспортна активност в TGN, но напълно нарушава трафика, отговарящ на Cu (I). ATP7B-S653Y нарушава дългосрочни междудоменни взаимодействия, медиирани от трансмембранни сегменти TM1/TM2, което предполага нова функционална роля за този регион. ATP7B-S653Y е най-добре характеризираният пример за нов функционален клас WD мутанти. Предполагаме, че функционалната класификация на WD мутациите може да улесни целевата терапия за пациентите.

Делецията на SHP-2 в клетките на невронния гребен след миграция води до нарушена сърдечна симпатикова инервация

Jacquelyn D. Lajiness, Paige Snider, Jian Wang, Gen-Sheng Feng, Maike Krenz и Simon J. Conway

Първоначалното развитие на сърцето протича независимо от неговата инервация; обаче нарушената сърдечна симпатикова инервация след раждането може да доведе до смъртоносни последици. Това проучване (стр. E1374 – E1382) предоставя доказателства, че сигналните молекули SHP-2 и фосфорилираната екстрацелуларна сигнално-регулирана киназа (pERK) са критични компоненти в развитието на сърдечната симпатикова инервация. Прекъсването на тази сигнална каскада доведе до намалена симпатикова инервация и намален сърдечен ритъм. Генетичното спасяване на сигнала за pERK надолу по веригата възстанови както сърдечната инервация, така и сърдечната честота. По този начин, тази работа дава механистичен поглед върху клиничните прояви на заболявания, свързани с промени в този сигнален път, като синдром на LEOPARD, както и други ЕКГ аномалии в резултат на нарушена pERK-зависима симпатикова инервация.

Анализ на генната експресия на регенерацията на космените клетки в страничната линия на зебра

Linjia Jiang, Andres Romero-Carvajal, Jeff S. Haug, Christopher W. Seidel и Tatjana Piotrowski

Глухотата се причинява до голяма степен от смъртта на сензорните космени клетки във вътрешното ухо. За разлика от гръбначните животни, които не са от бозайници, човешките космени клетки не се регенерират. Разбирането на механизмите, които регулират регенерацията на космените клетки при зебрата, може да хвърли светлина върху факторите, които предотвратяват регенерацията на космените клетки при бозайниците. RNA-Seq анализ на регенериращи сетивни органи разкри динамични промени в експресията на сигналните пътища по време на регенерацията на космените клетки на зебра. Неочаквано пътищата Wnt/β-катенин, Notch и Fgf се регулират надолу след смъртта на космените клетки, докато пътят Jak1/Stat3 и клетъчният цикъл се активират. Предлагаме (стр. E1383 – E1392), че имитирането на състоянието на активиране на рибата зебра на комбинация от пътища в правилните моменти от време при бозайниците може да подобри шансовете за задействане на регенерация на функционални космени клетки.

Динамична генна експресия от предполагаеми предшественици на космените клетки по време на регенерация в страничната линия на зебра

Аарон Б. Щайнер, Таерин Ким, Виктория Кабот и А. Дж. Хъспет

Нарушаването на слуха най-често се причинява от загубата на сензорни космени клетки в кохлеята. Едно потенциално средство за облекчаване на загубата на слуха е възстановяването на тези клетки, които не се регенерират естествено при бозайниците. Страничната линия на зебра служи като полезен модел за изучаване на регенерацията на космените клетки, тъй като в тази система съществуват прародители, мантийни клетки, от които произхождат предшествениците на космените клетки. Произвеждаме рибки зебра с флуоресцентно маркирани мантийни клетки, изолираме тези клетки чрез поточна цитометрия и анализираме транскриптите, които те експресират. Ние също така определихме временния прозорец, през който клетките на мантията реагират на смъртта на космените клетки. Този подход (стр. E1393 – E1401) е идентифицирал гени, представляващи неочаквани сигнални пътища, които могат да допринесат за разработването на лечения за загуба на слуха.

Бета циклодекстрините се свързват, стабилизират и премахват липофусцин бисретиноидите от пигментния епител на ретината

Марсело М. Ночиари, Гилермо Л. Леман, заливът Андрес Е. Перес, Роксана А. Раду, Жичун Джианг, Шелби Гойкочеа, Райън Шрайнер, Дж. Дейвид Уорън, Юфанг Шан, Сеголен Адам де Бомай, Микаел Менан, Матийо Сологуб, Фредерик Р. Максфийлд и Енрике Родригес-Булан

Натрупването на липофусцин в пигментния епител на ретината (RPE) е отличителен белег на стареенето. Високите нива на липофусцин в RPE са свързани с дегенерация на ретината и слепота при пациенти с болест на Stargardt и животински модели. Понастоящем няма лечение за предотвратяване и/или възстановяване на дегенеративни промени в ретината, предизвикани от липофусцин. В това проучване (стр. E1402 – E1408) съобщаваме, че бета циклодекстрините, циклични захари, съставени от седем глюкозни единици, могат да свържат ретиновия липофусцин, да предотвратят неговото окисление и да го премахнат от RPE. Това проучване отваря път за разработване на малки лекарства срещу нелечими в момента, свързани с липофусцин слепи разстройства.

Малки катионни антимикробни пептиди делокализират протеините на периферната мембрана

Михаела Венцел, Алина Юлия Кириак, Андреас Ото, Дагмар Цвайтик, Каролайн Мей, Катрин Шумахер, Роналд Густ, Х. Бауке Албада, Мая Пенкова, Уте Кремер, Ралф Ердман, Нилс Метцлер-Нолте, Сузана К. Щраус, Ерхард Бремер, Дьорте Becher, Heike Brötz-Oesterhelt, Hans-Georg Sahl и Julia Elisabeth Bandow

Мултирезистентните бактерии представляват остър проблем за медицината, пораждайки интерес към нови антимикробни стратегии. Понастоящем се изследват антимикробни пептиди, както като антибиотици, така и като имуномодулиращи агенти. Много антимикробни пептиди взаимодействат с бактериалната мембрана, по-рано недостатъчно проучена антибиотична цел. Представяме системно проучване на начина на действие на малките катионни пептиди и механизмите, които бактериите използват за защита срещу тях. Ние показваме, че пептидната интеграция в мембраната причинява делокализация на основни периферни мембранни протеини. Тази делокализация влияе върху два клетъчни процеса, а именно дишането и биосинтезата на клетъчната стена. Ние описваме (стр. E1409-E1418) стратегия за оцеляване на бактериите, при която механично чувствителните канали в бактериалната мембрана установяват осмопротекция срещу насочени към мембраната бактериолитични пептиди. Разбирането на начина на действие на пептидите и стратегиите за оцеляване на бактериите отваря нови пътища за разработване на антибактериални стратегии, базирани на пептиди.

Паралелната еволюция, специфична за щама, води до краткосрочна диверсификация по време на формирането на биофилм от Pseudomonas aeruginosa

Kerensa E. McElroy, Janice G. K. Hui, Jerry K. K. Woo, Alison W. S. Luk, Jeremy S. Webb, Staffan Kjelleberg, Scott A. Rice и Torsten Thomas

Генетичното разнообразие в рамките на популацията е съществена еволюционна предпоставка за процеси, вариращи от антибиотична резистентност до адаптация на ниша, но генерирането му е слабо разбрано, като повечето изследвания се фокусират върху фиксирани замествания в крайната точка на дългосрочната еволюция. Използвайки дълбоко секвениране, ние анализирахме краткосрочна, популационна генетична диверсификация, настъпила по време на формирането на биофилми на моделната бактерия Pseudomonas aeruginosa. Открихме обширна паралелна еволюция между биологични репликати на нивото на пътища, гени и дори отделни нуклеотиди. Краткосрочната диверсификация включва положителна селекция на относително малко несинонимни мутации, като по-голямата част от генома се запазва чрез отрицателна селекция. Този резултат (стр. E1419 – E1427) е в голяма степен съвместим с наблюденията на дългосрочната еволюция и предполага, че диверсифициращата селекция може да е в основата на генетичната диверсификация на биофилмите на Pseudomonas aeruginosa.

Двуфотонната микроскопия разкрива ранно увреждане на фоторецепторни клетки при изложени на светлина мутантни мишки

Акико Маеда, Гражина Палчевска, Марчин Голчак, Хидео Кохно, Жичиан Донг, Тадао Маеда и Кшищоф Палчевски

Идентифицирането на последователността на събитията в основата на патологията, предизвикана от светлината, е важно за разбирането на механизмите, водещи до дегенерация на ретината и следователно за разработването на терапии срещу заболявания на ретината. В това проучване ние характеризирахме ранната фаза на дегенерация на ретината, използвайки двуфотонна микроскопия, масова спектроскопия и генетично модифицирани мишки. Идентифицирахме (стр. E1428 – E1437) фоторецептори с пръчки като начален локус на дегенерация. Първичните промени включват ретиноидно-зависимо образуване на флуоресцентни метаболитни странични продукти в клетките на фоторецепторни пръчки и почти трикратно разширяване/подуване на външните сегменти на пръчките. Тези промени бяха последвани от вторична инфилтрация на микроглии/макрофаги за изчистване на остатъците от фоторецепторни клетки. И накрая, ние предоставяме доказателства, че медиираният от фагоцитоза трансфер на токсични съединения, получени от пръчки, към пигментирания епител на ретината е необходим, за да предизвика увреждане на този клетъчен слой.

Отделни IKs канали на повърхността на клетките на бозайници съдържат две KCNE1 допълнителни субединици

Leigh D. Plant, Dazhi Xiong, Hui Dai и Steve A. N. Goldstein

IKslow (IKs) каналите позволяват сърдечен ритъм и слух. Каналите съдържат два типа субединици: Q1 и E1. И двете са задължителни. Докато е известно, че четири субединици Q1 образуват порите, броят на субединиците Е1 е противоречив повече от десетилетие. Отговорът е от решаващо значение за разбирането на сърдечната функция, заболявания, включително животозастрашаващи аритмии и за разработването на лекарства. Тук (стр. E1438 – E1446), ние описваме подобрен метод за изследване на състава и повърхностната плътност на единични IK-канали - едновременно двуцветно преброяване на субединицата за канали на повърхността на живите клетки на бозайници. Ние показваме, че IKs каналите съдържат две E1 субединици и четири Q1 субединици. Това съотношение на субединицата не варира дори когато нивата на Е1 се повишават или понижават 10 пъти, както се откриват в тъканите.