Первичные реснички представляют собой волосовидные выступы, отходящие от поверхностей большинства типов клеток человека, которые служат важными антеннами для передачи внешней сенсорной и сигнальной информации обратно в клетку. Нарушение структуры или функции ресничек приводит к широкому спектру заболеваний, называемых цилиопатиями, связанных с множеством симптомов, включая кистозные почки, слепоту, дефекты костеобразования, умственную отсталость и ожирение.
Важной особенностью реснички является ее раздробленность. Это позволяет многим белкам, включая те, которые участвуют в цилиопатиях, специфически обогащаться внутри структуры, в которой они функционируют. Хотя это не совсем понятно, процесс компартментализации ресничек, как полагают, вовлекает активные транспортные системы, такие как внутрижладжковый транспорт (IFT) и барьеры молекулярной диффузии в основании ресничек (переходная зона).
Используя комбинацию методов генетики и визуализации в реальном времени, доктор Оливер Блак и его команда из UCD Conway Institute записали движение молекул через основание ресничек в режиме реального времени, что позволило получить кинетическую информацию о самом барьере. Они считают, что это первый раз, когда восстановление флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP) было использовано в условиях «in vivo» для оценки диффузии белка в реснички и из них.
Команда показала, что белки, вызывающие синдром Меккеля и нефронофтиз, которые симптоматически связаны с синдромом Жубера, составляют барьер в переходной зоне, который предотвращает утечку связанного с цилиарной мембраной ARL-13 из ресничек. Напротив, они обнаружили, что белки IFT не играют никакой роли в формировании барьера, а вместо этого необходимы для активного транспорта ARL-13 через барьер.
Комментируя важность исследования, д-р Блак сказал: «Мы смогли напрямую протестировать« in vivo »взаимодействие активного транспорта и механизмов мембранного диффузионного барьера в ограничении белков ресничками. Мы обнаружили, что ARL-13, ассоциированный с синдромом Жубера, могут действовать как груз поездов внутрижладжкового транспорта (IFT), поскольку они перемещаются от перицилиарной мембраны в реснички через барьер переходной зоны, непосредственно регулируемый белками MKS и NPHP (болезнь ресничек).Эти находки расширяют нашу предыдущую работу, которая предполагала наличие диффузионного барьера в основании ресничек, и снова показывают, как генетика нематод и визуализация служат мощными союзниками в раскрытии основных принципов клеточной биологии и патомеханизмов генов болезней человека ».
Команда Blacque, которая руководила всем исследованием, работала совместно с центром визуализации UCD Conway над разработкой техники FRAP. Они также сотрудничали с коллегами из университетов Radboud и Tuebingen, чтобы определить состав человеческих комплексов Arl13b с использованием полуколичественной и количественной (SILAC) протеомики сродства.Д-р Blacque и его команда теперь надеются использовать свой анализ FRAP, чтобы выявить больше генов, непосредственно ответственных за создание диффузионных барьеров в основании ресничек, и определить их точный кинетический вклад в барьерную функцию.
На более широком уровне эта работа поможет пролить свет на то, насколько важные сигнальные процессы ограничиваются небольшими участками плазматической мембраны клетки.