Cilia in 3D: Miniature 'train station' discovered
Исследователи обнаружили в основании ресничек (цилий) — органелл клетки — специализированный транспортный узел, где собираются и загружаются «поезда» для перемещения грузов по всей ресничке. Поскольку дефекты этой транспортной системы могут приводить к таким состояниям, как кистоз почек или слепота, результаты, опубликованные в Science, дают новое представление о молекулярной основе ряда заболеваний.
Реснички выполняют множество функций: обеспечивают движение клеток и жидкостей, передачу сигналов, зрение, очистку легких, движение жидкости в мозге, восприятие запахов и звуков. Нарушение их функции ведет к различным болезням сердца, почек, легких, к слепоте или бесплодию.
Сборка и работа ресничек зависят от крупных белковых «поездов», которые переносят важные грузы к кончику реснички и обратно к основанию. Даже малейшие мутации могут парализовать этот транспорт.
Международная команда под руководством профессора Бена Энгеля из Базельского университета впервые изучила реснички в их естественной среде и выявила нативную 3D-структуру их основания. Здесь был обнаружен оживленный транспортный хаб, где «поезда» собираются и загружаются перед отправлением.
Станция загрузки для транспорта в ресничках
Основание реснички прочно закреплено в клетке. «Здесь находится стартовая станция для транспорта, — объясняет первый автор исследования Хьюго ван ден Хук. — Здесь собираются поезда, загружаются грузом и размещаются на рельсах». Внутри реснички есть девять разных «рельсов» — микротрубочек. Каждый состоит из двух путей: для исходящих и входящих «поездов».
Команда детально изучила состав собираемых «поездов», выявив порядок сборки их компонентов у основания. Также были визуализированы структуры в основании, которые служат селективным барьером. «Он регулирует вход крупных "поездов", пока они полностью не собраны и не загружены необходимыми для строительства и поддержания ресничек белками-грузами», — говорит ван ден Хук. Из данных флуоресцентной микроскопии также известен точный график движения: «поезда» покидают стартовую станцию в течение девяти секунд.
Органеллы в 3D
Структуру и состав основания реснички удалось разрешить с помощью двух взаимодополняющих методов визуализации:
- Крио-электронная томография (группы Бена Энгеля и Гайи Пигино) — показала нативные клеточные структуры с молекулярной детализацией.
- Микроскопия экспансии (группы Вирджини Амель и профессора Поля Гишара) — позволила локализовать множество белков и нанести их на томографические структуры.
«Это мощное сочетание технологий позволило нам создать первую молекулярную модель основания реснички и наблюдать, как оно регулирует сборку и вход этих крупных белковых "поездов"», — поясняет Поль Гишар.
«Детальное понимание транспортной системы и ее логистики помогает понять, как строятся и функционируют реснички, что также может дать новые идеи для терапии заболеваний, связанных с ресничками», — говорит Бен Энгель. Следующим шагом станет изучение структуры конечной станции на кончике реснички и организации обратного транспорта.