Biophy J：新研究揭示纤毛运动的机制
来源：本站原创 2019-04-01 11:25
2019年4月1日 讯 /生物谷BIOON/ --我们的肺部，鼻部，大脑和生殖系统中的细胞具有纤毛结构。纤毛是微小的毛发状结构，旨在清除液体，细胞和微生物以保持健康。但纤毛运动背后的机制尚不清楚。位于圣路易斯的华盛顿大学McKelvey工程学院和医学院的一组研究人员想要确定长度如何影响击打纤毛的机械效率。他们发现，大多数机械指标，包括力，扭矩和功率，都与纤毛的长度成比例增加，但在效率方面存在“最佳
2019年4月1日 讯 /生物谷BIOON/ --我们的肺部，鼻部，大脑和生殖系统中的细胞具有纤毛结构。纤毛是微小的毛发状结构，旨在清除液体，细胞和微生物以保持健康。但纤毛运动背后的机制尚不清楚。
位于圣路易斯的华盛顿大学McKelvey工程学院和医学院的一组研究人员想要确定长度如何影响击打纤毛的机械效率。他们发现，大多数机械指标，包括力，扭矩和功率，都与纤毛的长度成比例增加，但在效率方面存在“最佳点”。这些发现可以深入了解人类纤毛的运动机制，以及纤毛运动缺陷如何导致疾病的发生。例如原发性纤毛运动障碍，这与慢性呼吸道感染，左右轴和心脏缺陷的变化有关。结果将发表在4月9日的《Biophysical Journal》上。
（图片来源：Philip Bayly）
在该研究中，研究人员使用高速视频显微镜分析纤毛模型，以确定其机械指标。在分析了近400个视频后，研究小组发现，最有效的纤毛拍打的自然长度为10-12微米，约为人类头发宽度的五分之一。
“我们没想到的是短纤毛不会是周期性的，”作者说。 “纤毛都在移动，但我们发现没有任何同步现象，这是我们的第一个发现。”
该团队使用莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）作者研究对象，这是一种单细胞绿藻，通常用两条推进尾巴游泳，经常被用作哺乳动物纤毛的模型。作者使用一种只有一个纤毛旋转到位的突变体，允许更长的视频录制。他们移除了纤毛，然后通过视频记录了再生长。纤毛花了大约90分钟恢复到正常长度，虽然它的波形与标准纤毛的波形略有不同，但它的主要特征是相似的。
纤毛的跳动通过一系列弯曲进行，这些弯曲从其底部开始并延伸到尖端。研究小组发现，当纤毛长度超过2到4微米时，周期性的跳动开始，这意味着纤毛需要一个临界长度才能击败。在之前的研究中，科学家们没有研究短于五或六微米的纤毛，Bottier说。另一项新的观察结果是周期性纤毛纤毛的拍频在纤毛长度的正常范围内非常一致，尽管它随着长度从4微米增加到12微米而略有下降。
Dutcher说，这项工作可能有助于理解导致纤毛短缺的人类突变以及短纤维将如何影响患者的结果。此外，该研究可以更好地了解纤毛的运作方式以及导致振荡的原因。（生物谷Bioon.com）
原始出处：Mathieu Bottier, Kyle A. Thomas, Susan K. Dutcher, Philip V. Bayly. How Does Cilium Length Affect Beating? Biophysical Journal, 2019; DOI: 10.1016/j.bpj.2019.02.012
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