毛様体基部の本来の 3D 構造が初めて明らかになった



繊毛は、細胞から伸び、運動性やシグナル伝達などの多くの機能を実行する小さな毛のようなオルガネラです。 研究者たちは、繊毛がその基部に特殊な輸送ハブを持っていることを明らかにしました。そこでは、繊毛全体の輸送のために列車と貨物が組み立てられます。 この繊毛輸送システムの欠陥は、嚢胞性腎臓や失明などにつながる可能性があるため、Science に掲載された結果は、さまざまな疾患の分子基盤に関する新しい洞察も提供します。

繊毛は、細胞のために多くの機能を実行します。細胞が泳いだり、体液を移動したり、互いにメッセージを送ったりするのを助けます。 繊毛は私たちが見ることができるようにし、肺から物質を取り除き、脳内の液体を動かし、匂いや音を知覚できるようにします. それらは、私たちの発達と臓器の正しい配置にも不可欠です. それらの機能が乱されると、心臓、腎臓、肺の病気、失明、不妊症など、さまざまな病気が発生する可能性があります.

繊毛の組み立てと機能は、重要な貨物を繊毛の先端に運び出し、基部に戻すタンパク質の大規模な列に依存しています。 個々のコンポーネントの最小の変異でさえ、繊毛内のトラフィックを麻痺させる可能性があります.

バーゼル大学バイオゼントラムのベン・エンゲル教授率いる研究チームは、ジュネーブ大学とミラノの研究機関ヒューマン テクノポールの同僚とともに、自然環境の繊毛を調べることに成功しました。 彼らの分析により、毛様体基部の本来の 3D 構造が初めて明らかになりました。 ここで、彼らは、繊毛への旅の準備のために列車が組み立てられ、積み込まれている忙しい輸送ハブを発見しました。

繊毛輸送用ローディングステーション

繊毛は、その基部で細胞にしっかりと固定されています。 「ここが繊毛輸送の出発点です」と、この研究の筆頭著者であるヒューゴ・ファン・デン・フックは説明します。 「列車はここで組み立てられ、貨物を積んでレールに載せられます。」 微小管と呼ばれる、繊毛の内部には全部で 9 つの異なるレールがあります。 いずれも下り線と上り線の 2 線で構成されています。 列車は、シグナル伝達分子や建築材料などのタンパク質を繊毛の先端まで輸送します。 目的地の駅で、列車は降ろされ、解体されます。

チームは組み立てられた列車の構成を詳細に調べ、列車の構成要素が繊毛基部で組み立てられる順序を明らかにしました。 彼らはまた、選択的障壁として機能する基部の構造を画像化しました。

これにより、大型列車が完全に組み立てられ、繊毛の構築と維持に必要な貨物タンパク質が積み込まれるまで、大型列車の進入が規制されます。 蛍光顕微鏡から、列車の正確な時刻表もわかっています。 列車は 9 秒以内に出発駅を出発し、その後、列車の組み立てプロセス全体が再び開始されます。」


研究の筆頭著者、ヒューゴ・ファン・デン・フック

オルガネラの 3D

研究者は、2 つの補完的なイメージング方法を利用して、毛様体基部の構造と組成を解明しました。 バーゼルの Ben Engel とミラノの Dr. Gaia Pigino の研究グループは、クライオ電子トモグラフィーを実施しました。 ジュネーブのバージニー・ハメル博士とポール・ギシャール教授が率いる研究者は、拡大顕微鏡法からのデータを追加しました。 「技術のこの強力な組み合わせにより、毛様体基部の最初の分子モデルを再構築し、それがこれらの大きなタンパク質列の組み立てと侵入をどのように調節するかを観察することができました」とポール・ギシャールは説明します.

「輸送システムとそのロジスティクスを詳細に理解することは、繊毛がどのように構築され機能するかを理解するのに役立ち、繊毛疾患の治療法に新しいアイデアを提供する可能性もあります. 次のステップでは、彼と彼の共同研究者は、毛様体の先端で何が起こっているかを調べたいと考えています。つまり、この末端ステーションがどのように構造化され、戻り輸送がどのように組織化されているかです。

ソース:

ジャーナルの参照:

van den Hoek, H., et al. (2022) 繊毛基部の in situ アーキテクチャは、IFT 列の段階的な組み立てを明らかにします。 化学。 doi.org/10.1126/science.abm6704.



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