Архитектура сенсорной реснички палочки нарушена мутацией
Две исследовательские группы из Медицинского колледжа Бейлора использовали новую технику крио-электронной томографии для создания трёхмерной карты. Она позволила лучше понять, как генетическая мутация меняет архитектуру сенсорной реснички палочки (части одного из типов фоторецепторов глаза) и как это влияет на её способность транспортировать белки в процессе световосприятия.
Почти все клетки млекопитающих имеют реснички. Одни подвижны, другие нет. Они играют центральную роль в клеточных процессах. Когда они дефектны из-за генетических мутаций, у людей может развиться слепота, когнитивные дефекты, болезни почек, полидактилия или ожирение. Такие мутации вызывают дефекты ресничек, известные в совокупности как цилиопатии.
«Главное значение этой работы в том, что мы впервые смогли увидеть в трёх измерениях структурные изменения при цилиопатиях», — говорит доктор Теодор Г. Венсел, заведующий кафедрой биохимии и молекулярной биологии в BCM и автор-корреспондент статьи в журнале Cell.
В сотрудничестве с Национальным центром макромолекулярной визуализации под руководством доктора Ва Чиу, профессора биохимии и молекулярной биологии в BCM, Венсел и его коллеги создали такие трёхмерные изображения ресничек у трёх линий мышей с известными цилиопатиями.
У этих мышей генетические мутации приводят к дефектам структуры наружного сегмента палочки. Наружный сегмент палочки — часть фоторецептора сетчатки, называемого палочкой. Он содержит фоточувствительные дисковые мембраны с родопсином — биологическим пигментом в фоторецепторных клетках сетчатки, ответственным за первые события, ведущие к восприятию света.
С помощью крио-электронной томографии учёные сравнили структуры наружного сегмента палочки у мутантных и нормальных мышей.
«Это одно из немногих мест в мире, где такое можно сделать», — сказал Венсел. В Центре под руководством Чиу есть мощные крио-электронные микроскопы, делающие томографию возможной.
Светочувствительные наружные сегменты фоторецепторов сетчатки соединены с механизмом производства белков во внутреннем сегменте тонким цилиндрическим пучком микротрубочек, известным как соединительная ресничка.
«Существует огромный поток материала из внутреннего сегмента в наружный сегмент фоторецептора», — сказал Венсел. «При наличии дефекта животное или пациент слепнет».
Трёхмерная структура показала, что к мембранным филаментам привязаны везикулы (маленькие мешочки).
«Похоже, что эти привязанные везикулы содержат материал, который сольётся с плазматической мембраной и пойдёт по мембране в наружный сегмент», — сказал Венсел.
В исследованиях модели мыши с синдромом Барде-Бидля, разработанной лабораторией доктора Джеймса Лапски, профессора молекулярной и человеческой генетики в BCM, Венсел и первый автор Джаред Гиллиам увидели нечто почти шокирующее — огромное скопление этих везикул. Гены Барде-Бидля содержат код для BBSome — мембранного чехла, который делает возможным транспорт через соединительную ресничку к наружному сегменту.
«Теперь мы можем предположить, что чехол BBSome необходим для слияния с плазматической мембраной или транспорта в наружный сегмент», — сказал Венсел. «Это даёт нам совершенно новую модель того, как это работает. Теперь нам нужно сделать больше, чтобы её подтвердить».
«Это говорит о том, что аномальный транспорт белков ответственен за дегенерацию фоторецепторов», — сказал Гиллиам, ныне постдокторант в Научном центре здоровья Техасского университета в Хьюстоне.