Исследовательская группа из Университета Осаки и Токийского сельскохозяйственного и технологического университета вместе с совместными исследовательскими институтами прояснила механизм вращения ресничек узла, который определяет лево-правую асимметрию тела, и выяснила часть взаимоотношений между цилиарной структурой и ресничками. моторика, о которой было мало экспериментальных знаний. Достижение этой группы может привести к выяснению причин гетеротаксии, бронхита и бесплодия, вызванных нарушением подвижности ресничек и жгутиков.У мышей, наиболее близких к человеку модельных животных, определяют левую и правую стороны тела через 8 дней после оплодотворения. Считается, что в это время реснички примерно 200 групп клеток, называемых «узлами», которые появляются на средней линии тела (подвижный выступ 2-5 мкм, который выступает из тела клетки), вращаются по часовой стрелке и создают поток жидкости влево (узловой). flow), который нарушает двустороннюю симметрию генов, которые экспрессируются слева и справа от узла, и определяет левую и правую стороны тела.
К этому времени у эмбрионов мыши установлена передне-задняя полярность. Направление потока влево создается комбинацией двух характеристик ресничек узла: наклона кзади и их вращения по часовой стрелке.
Относительно того, как узел определяет передне-заднюю полярность клетки, в последние годы сообщалось об участии сигнальных позиций PCP (Planar Cell Polarity); однако механизм вращения ресничек по часовой стрелке был неизвестен.В сотрудничестве с Пекинским технологическим институтом, Исследовательским центром электронной микроскопии сверхвысокого напряжения, Университетом Осаки и Центром технологий естественных наук RIKEN, Киосуке Шинохара (специально назначенный доцент, Отдел биотехнологии и наук о жизни, Инженерный институт Токийского университета из сельского хозяйства и технологий) и Хироши Хамада (профессор Высшей школы пограничных биологических наук, Университет Осаки) обнаружили, что лечение таксолом, противораковым препаратом, который стабилизирует микротрубочки, нарушает паттерн подвижности ресничек узлов.
В норме микротрубочки ресничек узла регулярно располагаются около мембраны.
Эта группа исследовала их с помощью электронного микроскопа и обнаружила, что регулярное расположение микротрубочек нарушено в ресничках узлов, обработанных таксолом.Эта группа выполнила компьютерное моделирование подвижности ресничек на основе данных электронной томографии, чтобы прояснить связь между структурой и паттерном движения ресничек, и обнаружила, что когда расположение микротрубочек стало аномальным, паттерн движения также нарушился.На основании этих находок было обнаружено, что для того, чтобы реснички узла могли вращаться в одном направлении, необходимо регулярное расположение микротрубочек.Мыши обладают двумя типами подвижных ресничек: узловой ресничкой без центральной пары и подвижной ресничкой с микротрубочками центральной пары и радиальными спицами.
Подвижные реснички находятся в дыхательных путях, яйцеводах и желудочках головного мозга.Эта группа выдвинула гипотезу о том, что обработка таксолом изменила структуру ресничек узлов, потому что они не имеют центральной структуры, поддерживающей расположение микротрубочек, и подтвердила эту гипотезу.
Сначала группа обработала реснички дыхательных путей диких мышей таксолом, но не было обнаружено изменений в их движении и структуре ресничек. Затем группа создала мышей, лишенных белка Rsph4a радиальной спицевой головы.
Группа наблюдала движение ресничек в дыхательных путях. У мышей дикого типа они демонстрировали плоское движение, но реснички дыхательных путей у мышей с нокаутом показывали вращение по часовой стрелке, как и реснички узлов. Наконец, когда эта группа обрабатывала реснички дыхательных путей мышей с нокаутом таксолом, расположение микротрубочек было дезорганизовано из-за воздействия таксола, и вращение по часовой стрелке изменилось на случайное вращение.На основании этих находок было высказано предположение, что радиальные спицы играют роль поддержки регулярного расположения микротрубочек, соединяя окружающие микротрубочки с центральной структурой.
Узловые реснички д. Создавать L-R полярность на основе информации о передне-задней полярности у эмбрионов мышей. Для этого необходимо вращение, а не плоское движение. Считается, что это причина того, что центральная структура была потеряна в ходе эволюции.
Это исследование было опубликовано в Developmental Cell (США) 26 октября 2015 года.