Cilia i 3D:Miniature togstation opdaget

Cilia er små hårlignende organeller, der strækker sig fra celler og udfører mange funktioner, herunder motilitet og signalering. Forskere har nu afsløret, at cilia har et specialiseret transportknudepunkt ved deres base, hvor tog og gods samles til transport i hele cilia. Da defekter i dette cilia-transportsystem kan føre til tilstande som cystiske nyrer eller blindhed, er resultaterne offentliggjort i Science også give ny indsigt i det molekylære grundlag for en række sygdomme.

Cilia udfører adskillige funktioner for cellen:de hjælper celler med at svømme, flytte væske og sende beskeder til hinanden. Cilia sørger for, at vi kan se, de fjerner stoffer fra lungerne, flytter væske i hjernen og gør os i stand til at opfatte lugte og lyde. De er også essentielle for vores udvikling og den korrekte placering af vores organer. Hvis deres funktion forstyrres, kan der opstå en lang række sygdomme, herunder hjerte-, nyre- og lungesygdomme, blindhed eller infertilitet.

Samlingen og funktionen af ​​cilia er afhængig af store tog af proteiner, der fører vigtige laster ud til ciliærspidsen og tilbage til basen. Selv de mindste mutationer i individuelle komponenter kan lamme trafikken inde i cilia.

Forskerholdet ledet af professor Ben Engel ved Biozentrum på universitetet i Basel sammen med kolleger på universitetet i Genève og forskningsinstituttet Human Technopole i Milano er nu lykkedes med at undersøge cilia i deres naturlige miljø. Deres analyse afslørede den oprindelige 3D-struktur af ciliærbasen for første gang. Her opdagede de et travlt transportknudepunkt, hvor tog blev samlet og læsset som forberedelse til deres rejse ind i cilia.

Ladestation til transport af cilia

Cilia er fast forankret til cellen ved deres base. "Her er startstationen for cilia-transport," forklarer Hugo van den Hoek, førsteforfatter af undersøgelsen. "Her samles togene, læsses med gods og placeres på skinnerne." Der er i alt ni forskellige skinner inde i cilia, kaldet mikrotubuli. Hver af dem består af to spor, et til udgående tog og et til indgående. Togene transporterer proteiner som signalmolekyler og byggematerialer til spidsen af ​​flimmerhårene. På deres destinationsstation læsses toget af og skilles ad.

Holdet undersøgte sammensætningen af ​​de samlende tog i detaljer og afslørede den rækkefølge, hvormed togkomponenterne er sat sammen på den ciliære base. De afbildede også strukturer ved bunden, der tjener som en selektiv barriere. "Dette regulerer indgangen af ​​store tog, indtil de er fuldt samlet og fyldt med de fragtproteiner, der kræves til konstruktion og vedligeholdelse af cilia," siger van den Hoek. "Fra fluorescensmikroskopi kender vi også den nøjagtige køreplan for togene. Togene forlader startstationen inden for ni sekunder, og så starter hele togsamlingsprocessen igen."

Organeller i 3D

Forskerne løste strukturen og sammensætningen af ​​ciliærbasen ved hjælp af to komplementære billeddannelsesmetoder. Forskergrupperne af Ben Engel i Basel og Dr. Gaia Pigino i Milano udførte kryo-elektrontomografi, som afslører indfødte cellulære strukturer med udsøgte molekylære detaljer.

Forskere ledet af Dr. Virginie Hamel og professor Paul Guichard i Genève tilføjede data fra Expansion Microscopy, som gjorde det muligt at lokalisere talrige proteiner og kortlægge dem på tomografistrukturerne. "Denne kraftfulde kombination af teknologier har givet os mulighed for at rekonstruere den første molekylære model af ciliærbasen og observere, hvordan den regulerer samlingen og indgangen af ​​disse store proteintog," forklarer Paul Guichard.

"At forstå transportsystemet og dets logistik i detaljer hjælper os med at forstå, hvordan cilia er bygget og fungerer, hvilket også kan give nye ideer til terapier til cilia-sygdomme," siger Ben Engel. I et næste skridt vil han og hans samarbejdspartnere gerne undersøge, hvad der sker ved ciliærspidsen:hvordan denne endestation er opbygget, og hvordan returtransporten er organiseret. + Udforsk yderligere

Indsigt i molekylær regulering af ciliums struktur og sammensætning