Реснички представляют собой небольшие волосовидные органеллы, которые отходят от клеток и выполняют множество функций, включая подвижность и передачу сигналов. Исследователи обнаружили, что у ресничек есть специализированный транспортный узел на их базе, где поезда и грузы собираются для транспортировки по ресничкам. Поскольку дефекты в этой транспортной системе ресничек могут привести, например, к кистозным почкам или слепоте, результаты, опубликованные в журнале Science , также обеспечивают новое понимание молекулярных основ различных заболеваний.

Реснички выполняют для клетки множество функций: они помогают клеткам плавать, перемещать жидкость и посылать сообщения друг другу. Реснички гарантируют, что мы можем видеть, они удаляют вещества из легких, перемещают жидкость в мозге и позволяют нам воспринимать запахи и звуки. Они также необходимы для нашего развития и правильного расположения наших органов. Если их функция нарушена, это может привести к целому ряду заболеваний, включая болезни сердца, почек и легких, слепоту или бесплодие.

Сборка и функция ресничек зависят от больших цепочек белков, которые переносят важные грузы к кончику реснички и обратно к основанию. Даже самые маленькие мутации в отдельных компонентах могут парализовать движение внутри ресничек.

Исследовательской группе под руководством профессора Бена Энгеля из Биоцентра Базельского университета вместе с коллегами из Женевского университета и исследовательского института Human Technopole в Милане удалось изучить реснички в их естественной среде. Их анализ впервые выявил нативную трехмерную структуру основания ресничек. Здесь они обнаружили оживленный транспортный узел, где собирались и загружались поезда, готовящиеся к путешествию в реснички.

Загрузочная станция для транспорта ресничек

Реснички прочно прикреплены к клетке своим основанием. «Здесь находится начальная станция для транспорта ресничек», — объясняет Хьюго ван ден Хук, первый автор исследования. «Здесь собираются поезда, загружаются грузом и ставятся на рельсы». Всего внутри ресничек имеется девять различных рельсов, называемых микротрубочками. Каждый из них состоит из двух путей: одного для поездов отправления и одного для прибывающих. Поезда транспортируют белки, такие как сигнальные молекулы и строительные материалы, к кончикам ресничек. На станции назначения поезд разгружают и разбирают.

Команда подробно изучила состав сборочных поездов, выявив порядок, в котором компоненты поезда собираются вместе в основании реснички. Они также визуализировали структуры у основания, которые служат избирательным барьером.

Это регулирует поступление больших поездов до тех пор, пока они не будут полностью собраны и загружены грузовыми белками, необходимыми для построения и поддержания ресничек. Из флуоресцентной микроскопии мы также знаем точное расписание поездов. Поезда отправляются со стартовой станции в течение девяти секунд, после чего весь процесс сборки поезда начинается заново».

Хьюго ван ден Хук, первый автор исследования

Органеллы в 3D

Исследователи определили структуру и состав ресничного основания с помощью двух дополнительных методов визуализации. Исследовательские группы Бена Энгеля в Базеле и доктора Гайи Пиджино в Милане выполнили криоэлектронную томографию, которая выявляет нативные клеточные структуры с мельчайшими молекулярными деталями. Исследователи во главе с доктором Виржини Амель и профессором Полем Гишаром из Женевы добавили данные расширенной микроскопии, что позволило локализовать многочисленные белки и нанести их на томографические структуры. «Эта мощная комбинация технологий позволила нам реконструировать первую молекулярную модель основания реснички и наблюдать, как она регулирует сборку и поступление этих крупных белковых последовательностей», — объясняет Поль Гишар.

«Понимание транспортной системы и ее логистики в деталях помогает нам понять, как устроены и функционируют реснички, что также может дать новые идеи для лечения заболеваний ресничек», — говорит Бен Энгель. На следующем этапе он и его сотрудники хотели бы изучить, что происходит на кончике реснички: как устроена эта конечная станция и как организован обратный транспорт.