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Science:重大进展!揭示纤毛二联微管组装机制

来源:本站原创 2019-01-24 22:20

2019年1月24日/生物谷BIOON/---我们的大部分细胞都含有不能移动的初级纤毛(primary cilium),即一类用于传递来自周围环境的信息的天线。一些细胞还具有许多用于产生运动的移动性纤毛。纤毛的“骨架”由二联微管(microtubule doublet)组成。纤毛在组装或功能上的缺陷可引起称为纤毛病(ciliopathy)的各种病症。

如今,在一项新的研究中,来自瑞士日内瓦大学(UNIGE)的研究人员开发出一种能够形成二联微管的体外系统,并揭示了它们进行组装的机制和动态变化。他们的研究揭示出微管蛋白在阻止纤毛结构不受控制形成中起着至关重要的作用。这种方法使得发现和利用人细胞的纤毛和病原体的纤毛之间的潜在差异成为可能,从而有助于开发出新的疗法。相关研究结果发表在2019年1月18日的Science期刊上,论文标题为“Flagellar microtubule doublet assembly in vitro reveals a regulatory role of tubulin C-terminal tails”。
图片来自UNIGE。

由于存在不能移动的初级纤毛,细胞能够感知许多光信号、机械化学信号或生物信号。许多称为鞭毛的移动性纤毛,也可能存在于某些细胞中。它们能够产生运动,比如让胚胎从输卵管移动到子宫,将粘液排出到气道,或者让精子游动。纤毛在组装或功能上的缺陷可导致纤毛病。纤毛病是一组疾病的总称,包括脑畸形、视网膜或生育障碍、肾脏或肝脏疾病、复发性呼吸道感染和骨骼异常。

将支架安装在试管中

纤毛的底部有两个中心粒,其中中心粒是由微管形成的细胞器,此外微管也是细胞骨架的组成部分。中心粒是形成纤毛的起点,而纤毛由9个二联微管组成。论文共同通讯作者、日内瓦大学理学院细胞生物学系教授Paul Guichard博士解释道,“二联微管是形成纤毛和纤毛发挥功能的一种至关重要的结构,但是迄今为止,它的组装是未知的。”由Paul Guichard和Virginie Hamel组成的一个研究团队开发出一种能够形成二联微管的体外系统。这些研究人员还与来自法国奥赛居里研究所和捷克布拉格生物技术研究所的研究人员合作,采用了先进的显微技术和建模技术。

首先,中心粒通过组装微管蛋白而形成9个微管。二联微管随后在每个微管的表面上形成。Virginie Hamel解释道,“我们观察到二联微管的形成受到微管蛋白本身的调节,这是因为移除它的一个末端导致在这个位置上形成二联微管。这种效应很可能阻止二联微管在除纤毛之外的其他位置上不受控制的形成,从而确保它发挥最佳的功能。”通过使用先进的显微镜拍摄这一现象,这些研究人员也首次发现第二个微管通过添加微管蛋白在两个相反的方向上进行组装。

抑制寄生虫运动

纤毛或鞭毛的轴也起着“轨道”的作用,在实际的分子马达的推动下,将一系列分子从这种细胞器的一端移动到另一端。这些运输对于细胞器的所有功能都是必需的。Paul Guichard总结道,“我们如今想要发现某些寄生虫(如疟原虫)的纤毛或鞭毛与人类对应物在组装和功能上是否存在任何差异。这些差异因此可能成为仅影响病原体的治疗靶标。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

M. Schmidt-Cernohorska et al. Flagellar microtubule doublet assembly in vitro reveals a regulatory role of tubulin C-terminal tails. Science, 2019, doi:10.1126/science.aav2567.
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