Обнаружена новая структура в «антеннах» светочувствительных нейронов

Учёные из Медицинского колледжа Бейлора и Медицинского центра Университета Радбуд обнаружили, что реснички (антенноподобные структуры) на светочувствительных нейронах (фоторецепторах) имеют уникальную особенность, не наблюдаемую в ресничках других типов клеток. Исследование, опубликованное в Journal of Cell Biology, показывает, что эта новая функциональная зона играет структурную роль, необходимую для работы фоторецепторов, и объясняет, почему мутации в определённых белках ресничек, присутствующих во всём теле, поражают только реснички фоторецепторов, вызывая несиндромную слепоту.

Практически все клетки тела имеют первичную ресничку, которая позволяет им ощущать окружающую среду. Первичные реснички фоторецепторов, например, специализируются на восприятии света.

Лаборатория профессора Руя Чена занимается изучением молекулярных механизмов и генетических вариантов, лежащих в основе заболеваний сетчатки человека. Предыдущие работы показали, что ген SPATA7 экспрессируется во всех первичных ресничках тела, но при его мутации поражаются только реснички фоторецепторов, что приводит к нарушению зрения.

Методы и открытие

Исследователи определили, с какими белками взаимодействует белок SPATA7. Оба типа белков (взаимодействующие и не взаимодействующие с SPATA7) локализуются в соединительной ресничке фоторецептора — специализированной форме переходной зоны, соединяющей ресничку с телом нейрона. Её длина составляет всего около 1.5 микрон.

С помощью современных методов — сверхвысокого разрешения микроскопии (STORM), крио-электронной томографии и генетических моделей — учёные обнаружили:

• При наличии SPATA7 связывающиеся с ним белки распределены по всей соединительной ресничке.
• При отсутствии SPATA7 эти белки концентрируются только в проксимальной области (ближе к телу нейрона), оставляя дистальную область пустой.
• Белки, не связывающиеся с SPATA7, всегда локализуются в проксимальной области, независимо от наличия SPATA7.

Это указывает на существование двух различных зон в соединительной ресничке фоторецепторов:

1. Проксимальная зона, где находятся все ресничные белки.
2. Дистальная зона, куда SPATA7-связывающие белки попадают только при наличии SPATA7.

Была выдвинута гипотеза, что SPATA7 либо доставляет белки в дистальную область, либо необходим для их поддержания там, обеспечивая длинную и сложную структуру соединительной реснички, уникальную для фоторецепторов.

Дополнительные эксперименты показали, что отсутствие SPATA7 нарушает локализацию белков и стабильность микротрубочек (структур, обеспечивающих целостность ресничек) именно в дистальной области.

Значение открытия

«Реснички других типов клеток также имеют SPATA7, но у них нет дистальной области в переходной зоне, подобной той, что мы обнаружили в ресничках фоторецепторов. Поэтому они не страдают при мутации SPATA7», — пояснила первый автор Рачаята Дхармат.

Наличие этой уникальной дистальной зоны исключительно в ресничках фоторецепторов объясняет биологическую загадку несиндромной слепоты: потеря определённых белков переходной зоны вызывает дегенерацию только ресничек фоторецепторов, не затрагивая реснички других типов клеток.

Это исследование выявляет новую субклеточную структуру в ресничке фоторецепторов, её биохимические компоненты и влияние на функцию ресничек, что способствует лучшему пониманию как генетических нарушений, так и структуры ресничек сетчатки.