Длина клеточного «хвоста» рассказывает о болезни
Молекулярный биолог из Университета Саймона Фрейзера Линн Квормби, изучая прудовую тину, вместе с четырьмя студентами-исследователями обнаружила мутацию, из-за которой реснички (цилии) — микроскопические антенны на наших клетках — вырастают слишком длинными. Если размер антенн неправильный, сигналы, которые они улавливают, интерпретируются неверно. Результат может быть фатальным.
В новой статье в журнале Current Biology исследователи обнаружили, что регуляторный ген CNK2 присутствует в ресничках и контролирует длину этих волосовидных выростов.
Это открытие важно, потому что реснички (или жгутики) есть у всех наших клеток. Их способность двигать некоторые клетки (например, сперматозоиды) и обеспечивать молекулярную коммуникацию в других (например, клеточный ответ на гормоны) определяет наше развитие с эмбриональной стадии и функционирование организма во взрослом возрасте.
Слишком короткие или слишком длинные реснички вызывают различные наследственные заболевания и деформации у человека, такие как лишние пальцы на руках или ногах, слепота и поликистоз почек, которым страдает один из 600 человек.
Квормби и её аспирантка Лора Хилтон — старший и ведущий авторы статьи соответственно — входят в число немногих учёных в мире, которые изучают не сборку, а разборку ресничек.
Ключевая часть жизненного цикла всех клеток — разборка ресничек перед делением клетки и их сборка после него. Ген LF4 — известный регулятор сборки, и до этого исследования учёные считали, что именно скорость сборки контролирует конечную длину ресничек или их укорочение. Но Квормби и Хилтон обнаружили, что скорость разборки также важна, и регуляторный ген CNK2 играет ключевую роль в её контроле.
Подобно тому, как баланс между напором воды и гравитацией определяет высоту струи фонтана, баланс скоростей сборки и разборки определяет длину ресничек. Когда рост и укорочение происходят одновременно, длина ресничек остаётся постоянной.
Водоросли из прудовой тины — хорошая лабораторная модель для анализа этого процесса, потому что они быстро размножаются, а их клеточная структура и реснички очень похожи на наши. Квормби и Хилтон годами экспериментировали с тиной и недавно начали изучать реснички водорослей с дефектными генами CNK2 и LF4.
Обнаружив, что реснички с любым из дефектных генов аномально длинные, они создали клетку водоросли с четырьмя ресничками вместо обычных двух, причём две из четырёх были модифицированы для свечения зелёным светом.
Вместе с двумя студентами бакалавриата SFU и студентом Университета Торонто Квормби и Хилтон наблюдали, как флуоресцентная зелёная метка начала появляться на кончике немеченой пары ресничек.
«Мы смогли определить, как мутации влияют на сборку и разборку ресничек, измерив, сколько и как быстро зелёная флуоресценция появлялась на кончике немеченых ресничек», — объясняет Квормби.
«Мы поняли, что нашли что-то важное, когда увидели, что клетки с мутациями в обоих генах, CNK2 и LF4, имеют невероятно длинные реснички. Таких ещё никто никогда не видел».
«Моя студентка Лора провела этот эксперимент и курировала наших студентов-исследователей. Это дало нам уникальное представление о потенциально ключевой роли разборки ресничек в определении длины их "хвостов". Дальнейшее исследование поможет нам понять, как дисфункция ресничек вызывает развитие болезней».
Студентами бакалавриата SFU, работавшими с Квормби и Хилтон, были Кавиша Гунавардане и Марианна Шварц. Студентом Университета Торонто был Джо Ван (Джеймс) Ким.