Downstream-signalering:Cilia frigiver ektosomer for at levere vigtige beskeder i nyren

Selvom cilium har været kendt af forskere i mere end 100 år, det er først for nylig, at det er blevet anerkendt for at spille vigtige roller i fysiologi. Stort set hver eneste celle har et primært cilium, der fungerer til at registrere væskeflow, overfører kemiske signaler til andre celler og styrer cellevækst. Fejl i funktionen af ​​cilia fører til en klasse af sygdomme kaldet ciliopatier, som omfatter polycystisk nyresygdom, primær ciliary dyskinesi og Bardet-Biedl syndrom.

Ekstracellulære vesikler (EV'er), membranbundne bærere med komplekse laster, der inkluderer proteiner, lipider og nukleinsyrer, funktion i langdistancecellulær kommunikation, men hvordan cilia bidrager til EV-produktion var tidligere uklart for det videnskabelige samfund. Nyt arbejde fra forskere ved Medical University of South Carolina (MUSC), udgivet online den 6. november af Journal of Biological Chemistry , viser, at primære cilier genererer cirka 60 % af de små elbiler produceret af nyretubuliceller, og at manipulation af ciliumlængden påvirker produktionen af ​​elbiler. Desuden, proteinindholdet i elbiler er meget forskelligt afhængigt af længden af ​​cilia.

"I mange år, folk troede, at elbiler repræsenterede et renovationssystem – en måde for cellen at slippe af med ting, den ikke havde brug for. Men jeg tror, ​​det er ret klart, at små (50-150nm) elbiler repræsenterer en af ​​cellens vigtigste signaleringsmekanismer, " siger Joshua H. Lipschutz, M.D., Arthur V. Williams formand og direktør for afdelingen for nefologi ved MUSC. "Dette er den første rigtige demonstration i pattedyrsceller, at ektosomer, EV'er produceret af primære cilia i modsætning til exosomer, som er EV'er, der er ens i størrelse, men dannes i cellens multivesikulære legemer, er så fremtrædende. "

En af nøglekomponenterne i ciliogenese - processen med at generere et cilium - er exocysten, et otte-proteinkompleks, der er stærkt bevaret og først blev opdaget i gær. Tidligere arbejde har vist, at tab af exocystkompleks komponent 5 (EXOC5), et af de otte proteiner, der udgør exocysten, forårsager, at der produceres meget korte eller ingen flimmerhår. Omvendt øget ekspression af EXOC5 får cilierne til at forlænge.

I deres nuværende arbejde, Lipschutz og kolleger tog disse data et skridt videre og undersøgte exocystens bidrag til EV-produktion. De sammenlignede tre grupper af celler:normale nyreceller, nyreceller, der har mistet EXOC5 og nyreceller, der laver mere EXOC5 end normalt. Alle tre af disse grupper var signifikant forskellige fra hinanden. Cellerne, der mistede EXOC5, havde meget korte eller fraværende cilier og producerede også færre elbiler. På den anden side, celler, der lavede flere EXOC5, havde længere cilia og producerede betydeligt flere EV'er. Analyse af proteinindholdet i elbilerne, der blev lavet under disse forskellige forhold, viste dramatiske forskelle, hvilket tyder på, at kapaciteten for disse elbiler til at signalere til andre celler var forskellig i hver tilstand.

Forskerne udvidede derefter deres arbejde. De genererede nyreceller, der havde mistet ekspression af intraflagellært transportprotein 88 (IFT88), et protein, der også er nødvendigt for korrekt ciliumdannelse. Disse celler viste igen en reduktion i EV -produktion som den, der ses under forhold, hvor EXOC5 blev reduceret. Endelig, forskerne lavede en mus med EXOC5 udtømt specifikt i proksimale tubuli nyreceller og viste, at EV'er isoleret fra urinen fra disse mus havde et andet proteinindhold end EV'er fra normale mus, med mange af de samme ændringer observeret i cellelinjerne.

"Det spændende og overraskende er, at så mange af de små elbiler ser ud til at være ektosomer, fordi flimmerhårene kun udgør 0,2 % af cellemembranen, men alligevel er en af ​​de vigtigste drivkræfter for produktion af elbiler, " siger Lipschutz.

Sammenfattende, Lipschutz og kolleger har forbundet tilstedeværelsen og længden af ​​pattedyrs primære cilia til EV-produktion. Tab af EXOC5 eller IFT88 resulterede i kortere cilia, der producerede færre elbiler, mens tilstedeværelsen af ​​mere EXOC5 resulterede i længere cilia, der producerede flere elbiler. Vigtigt, proteinerne, der blev fundet i disse forskellige elbiler, var meget forskellige. Dette har vigtige konsekvenser for intercellulær kommunikation, der ikke er begrænset til nyrerne.

"Disse ektosomer er ikke kun i urinen, men de er sandsynligvis også i blodet og kan spille en rolle i biologien af ​​mange systemer, herunder kræft, " siger Lipschutz.

Fordi de fleste celler har et primært cilium, defekter i cilia kan påvirke mange forskellige vævstyper. I fremtiden, Lipschutz planlægger at arbejde sammen med andre forskere ved MUSC for at undersøge elbiler i andre væv med svækkede flimmerhår, herunder øjen- og hjertevæv.

"Disse organeller, som for 20 år siden folk skrev var evolutionære beholdninger, ligesom appendiks af organeller, ikke kun er mekano- og kemosensorer, men er også involveret i at lave en betydelig del af de elbiler, der er centralt involveret i cellesignalering, "siger Lipschutz." Jeg tror, ​​vi finder ud af flere og flere ting, der cilia, som indeholder mellem 500 og 1000 proteiner, gør, og hvor vigtige de er."