22 мая 2013

Реснички и их роль в функционировании организма

Эксперименты Университета Джона Хопкинса показали, как сигнальные молекулы белка переходят в полые, похожие на волосинки антенны, называемые ресничками, которые предупреждают клетки о критических изменениях в среде. Исследователи определили, что размер прохода значительно больше, чем полагалось ранее, и это позволяет большей части белков клетки проникать в реснички. Исследователи полагают, что определенный набор белков в каждой ресничке адаптируется к потребностям каждого типа клеток, и определяется тем, как ресничка сохраняет белки, после того как они попадают внутрь, но не те белки, которые были изначально.

Так называемые первичные реснички привлекают пристальное внимание исследователей. Недавние исследования подтвердили их роль в регуляции внешней среды клетки и передачи информации в остальную часть клетки при помощи арсенала сигналов, хранящихся внутри каждой антенноподобной реснички. Результаты данного исследования, которые помогут объяснить, как развивается этот арсенал, были опубликованы 12 мая онлайн в журнале Chemical Biology.

Первичные реснички в виде выступов находятся в большинстве клеток самых разнообразных организмов, а дефекты ресничек выражаются в различных отклонениях от поликистоза почек до потери зрения и слуха. В почках они отслеживают мочеиспускание, в глазах они отвечают за восприятие длины волны света, в хрящах за давление, а в сердце за кровоток. «Независимо от того, где они находятся, их работа состоит в том, чтобы превратить механическую силу или, в некоторых случаях, химическую в молекулярные сигналы для клетки, так чтобы она могла адекватно реагировать на среду», — говорит Иноуэ.

Сигнальные молекулы внутри реснички адаптируются к соответствующим реакциям. Например, некоторые белки, которые привязываются к ДНК для изменения активности генов, позволяют клетке реагировать на сигналы среды, производя более конкретные белки.

Единственный путь прохода в столб реснички – это отверстие в ее основании. «Форма реснички похожа на короткую питьевую соломинку выталкиваемую изнутри пузырьками газа», — говорит Иноуэ, — «Но мы не знаем, существует ли какая-либо крышка над отверстием, регулирующая, что попадает внутрь и выходит наружу. Мы обнаружили, что внутрь попадает намного больше сигнальных молекул, чем мы думали».

«Очень сложно исследовать первичные реснички», — говорит Иноуэ, — «Потому, что они маленькие и узкие, размер каждой реснички составляет только 1/10,000 от объема клетки».

Предыдущие исследования других лабораторий показали, что в основании реснички имеется отверстие, которое позволяет относительно небольшим молекулам попадать внутрь. Путем разработки более чувствительных экспериментальных методов, группе Иноуэ удалось показать, что внутрь могут проникать и молекулы почти в 10 раз большего размера, чем полагалось ранее.

В частности, они разработали первую анкероподобную молекулу, которая селективно проникает в мембраны ресничек. На внутреннем конце анкера была половина «молекулярной камеры». Внутри водянистого пространства клетки ученые поместили флуоресцентные молекулы определенного размера, оснащенные второй половиной молекулярной камеры. Если эти флуоресцентные молекулы попадали в реснички, они подсвечивали среду, половины камер фиксировались и это позволяло исследователям легко получать их изображения.

Повторив этот эксперимент много раз с молекулами увеличенного размера, команда Иноуэ продемонстрировала, что каждая молекула смогла проникнуть в реснички. Единственное различие между молекулами разных размеров была скорость входа, мелкие молекулы проникали быстрее, чем крупные.

«Выяснение того, как реснички выбирают своих «пленников» это вопрос другого исследования», — говорит Иноуэ.

Данное исследование было выполнено при поддержке грантов Национального института общих медицинских наук (GM092930), Национального института по лечению диабета, желудочно-кишечных и почечных заболеваний (P30DK090868), Национального института рака (R00CA129174), Национального института неврологических расстройств и инсульта (R21NS074091 ) и Фонда Пью.

Источник: sciencedaily.com

Далее по теме: