Большинство наших клеток содержат неподвижную первичную ресничку, антенну, используемую для передачи информации из окружающей среды. Некоторые клетки также имеют много подвижных ресничек, которые используются для создания движения. «Скелет» реснички состоит из дублетов микротрубочек, которые представляют собой «пары» белков, необходимых для их формирования и функционирования. Дефекты сборки или функционирования ресничек могут вызывать различные патологии, называемые цилиопатиями. Ученые из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, разработали in vitro систему, способную образовывать дублеты микротрубочек, и раскрыли механизм и динамику их сборки. Их исследование, опубликованное в журнале Science, раскрывает решающую роль тубулина, реального строительного блока, в предотвращении неконтролируемого образования цилиарных структур. Этот метод позволит обнаружить и использовать возможные различия между ресничками клеток человека и клеток патогенов, что позволит разработать новые методы лечения.
Клетки воспринимают множество световых, механохимических или биологических сигналов благодаря неподвижной первичной ресничке. На некоторых клетках также может присутствовать множество подвижных ресничек, называемых жгутиками. Они способны производить движения, такие как перемещение эмбриона из маточной трубы в матку, эвакуацию слизи в дыхательные пути или плавание сперматозоидов. Дефекты сборки или функции ресничек могут привести к цилиопатии, группе заболеваний, включающих пороки развития головного мозга, нарушения сетчатки или фертильности, заболевания почек или печени, рецидивирующие респираторные инфекции и скелетные аномалии.
Монтаж каркаса в пробирке
В основании реснички находятся две центриоли, органеллы, образованные микротрубочками, которые являются компонентами цитоскелета. Центриоль является отправной точкой для построения реснички, которая будет состоять из девяти дублетов микротрубочек. «Дуплет - это структура, необходимая для образования и функций ресничек, но его сборка до сих пор была неизвестна», - объясняет Поль Гишар, профессор кафедры клеточной биологии факультета естественных наук UNIGE. Группа Пола Гишара и Виржини Амель, соруководителя лаборатории, разработала in vitro систему, способную формировать дублеты микротрубочек. Исследователи также использовали передовые методы микроскопии и моделирования в сотрудничестве с исследователями из Института Кюри д'Орсе во Франции и Пражского института биотехнологии в Чешской Республике.
Вначале девять микротрубочек образуются из центриолей посредством сборки «кирпичиков» тубулина. Затем на поверхности каждой микротрубочки образуется дублет.«Мы заметили, что образование дуплета регулируется самим тубулином, поскольку удаление одного из его концов вызывает образование дуплета в этом месте. Этот эффект, вероятно, предотвращает неконтролируемое образование дуплета микротрубочек где-либо еще, кроме реснички., обеспечивая его оптимальное функционирование», - объясняет Виржини Хэмел, соруководитель исследования. Засняв это явление с помощью самых современных микроскопов, исследователи также впервые показали, что вторая микротрубочка собирается в двух противоположных направлениях путем добавления тубулиновых кирпичиков.
Запретить перемещение паразитов
Ось реснички или жгутика также служит «рельсом» для движения «поездов» молекул от одного конца органеллы к другому, приводимых в движение настоящими молекулярными моторами.
Эти транспорты необходимы для всех функций органеллы. «Теперь мы намерены выяснить, есть ли какие-либо различия в сборке и функционировании ресничек или жгутиков некоторых паразитов, таких как малярийные, по сравнению с их человеческими аналогами. Таким образом, такие различия могут стать целью лечения, которое будет воздействовать только на патогены», - заключает Поль Гишар.