Первичные реснички представляют собой антенноподобные структуры, присутствующие на поверхности большинства клеток человеческого организма. Реснички являются важными посредниками связи между различными клетками в организме. Если реснички дефектны, эта связь нарушается, и клетки не могут должным образом регулировать несколько важных клеточных процессов, что в конечном итоге может привести к тяжелым заболеваниям, которые могут поражать почти все органы и ткани в организме, как у развивающегося эмбриона, так и у у взрослых.
Исследования, проведенные в последние годы, показали, что способность этих маленьких сообщающихся антенн (ресничок) принимать и передавать сигналы из окружающей среды критически зависит от транспорта специфических сигнальных рецепторов в реснички и из них. Реснички находятся на поверхности почти каждой отдельной клетки в организме, и, постоянно наблюдая за окружающей средой, они контролируют основное клеточное поведение, например, когда клетка должна делиться или мигрировать в другое место в организме во время эмбрионального развития.
В развивающемся эмбрионе есть, например, сигнальный путь Sonic hedgehog (Shh), который является одним из наиболее важных сигнальных путей в нашем организме, который регулирует развитие нескольких основных органов, таких как почки и мозг. Дефекты ресничек, влияющие на передачу сигналов Shh, или мутации в генах, кодирующих сигнальные белки Shh, могут, таким образом, приводить к тяжелым заболеваниям, называемым «цилиопатиями», при которых почки, мозг и многие другие органы в организме дефектны. Кроме того, было показано, что дефектная передача сигналов Shh вызывает опухоли головного мозга у детей и взрослых.
Несмотря на физиологическое значение ресничек для здоровья и болезней человека, молекулярный механизм, с помощью которого реснички получают и передают сигналы, до сих пор полностью не изучен. Новое исследование Cilia Group (кафедра биологии Копенгагенского университета), опубликованное в журнале Nature Communications, предоставило новую важную информацию, которая может помочь разрешить эту давнюю загадку.
Доцент Лотте Банг Педерсен из Департамента биологии говорит: «В этом исследовании мы обнаружили, что холестерин-связывающий мембранный белок под названием кавеолин (CAV1) расположен в основании реснички и играет центральную роль в регулируя способность реснички активировать сигнальный путь Shh. И вкратце: теперь мы, наконец, знаем, насколько чрезвычайно сложной и динамичной является активация этого пути, и мы определили ключевой переключатель, который контролирует эту активацию».
В то время как кавеолин необходим для активации пути Shh в основании реснички, новое исследование выявило два дополнительных белка - белок болезни почек нефроцистин-4 и молекулярный двигательный белок под названием KIF13B, которые оба необходимы для регулируют кавеолин в ресничке и, следовательно, также способствуют активации передачи сигналов Shh. Уже было известно, что Nephrocystin-4 регулирует способность реснички получать и передавать сигналы, и что мутации в Nephrocystin-4 вызывают заболевания почек и других органов.
С новым исследованием мы стали на один шаг ближе к пониманию молекулярного механизма возникновения этих заболеваний, чтобы в будущем мы могли разработать более эффективные методы лечения пациентов с цилиопатией. Более того, с идентификацией KIF13B как важного регулятора передачи сигналов в ресничках может быть лишь вопросом времени, когда болезнетворные мутации в KIF13B будут идентифицированы у людей с заболеваниями, связанными с ресничками.