科學(xué)家展示細(xì)胞是如何交流的
初級(jí)纖毛是存在于人體大多數(shù)細(xì)胞表面的天線樣結(jié)構(gòu)。纖毛是身體細(xì)胞類型之間交流的重要媒介。如果纖毛有缺陷,這種溝通就會(huì)被破壞,并且細(xì)胞不能適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)重要的細(xì)胞過(guò)程,這最終會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病,這些疾病可能影響發(fā)育中的胚胎和成人的幾乎每個(gè)器官和組織。
近年來(lái)進(jìn)行的研究表明,這些小型通信天線(纖毛)接收和傳輸來(lái)自環(huán)境的信號(hào)的能力嚴(yán)重依賴于特定信號(hào)傳導(dǎo)受體進(jìn)出纖毛的傳遞。纖毛存在于體內(nèi)幾乎每個(gè)單細(xì)胞的表面上,并且通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)環(huán)境,它們控制基本的細(xì)胞行為,例如當(dāng)胚胎發(fā)育期間細(xì)胞必須分裂或遷移到體內(nèi)的不同位置時(shí)。
例如,在發(fā)育中的胚胎中,存在Sonic hedgehog(Shh)信號(hào)傳導(dǎo)途徑,其是體內(nèi)最重要的幾種主要器官如腎和腦的發(fā)育之一。影響Shh信號(hào)傳導(dǎo)的纖毛缺陷或編碼Shh信號(hào)蛋白的基因突變因此可導(dǎo)致稱為“纖毛病”的嚴(yán)重疾病,其中腎臟,大腦和身體中的許多其他器官是有缺陷的。此外,有缺陷的Shh信號(hào)傳導(dǎo)也被證明可導(dǎo)致兒童和成人的腦腫瘤。
盡管纖毛對(duì)人類健康和疾病具有生理重要性,但纖毛接收和傳遞信號(hào)的分子機(jī)制仍未完全了解。來(lái)自哥本哈根大學(xué)生物系的Cilia Group的一項(xiàng)新研究發(fā)表在Nature Communications,現(xiàn)在提供了重要的新信息,可能有助于解決這個(gè)長(zhǎng)期的謎團(tuán)。
來(lái)自生物系的副教授Lotte Bang Pedersen說(shuō):“在這項(xiàng)研究中,我們發(fā)現(xiàn)一種名為Caveolin(CAV1)的膽固醇結(jié)合膜蛋白位于纖毛的基部,在調(diào)節(jié)纖毛能力方面發(fā)揮著核心作用。激活Shh信號(hào)通路。而簡(jiǎn)短的版本是我們現(xiàn)在終于知道這條路徑的極其復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的激活是什么 - 我們已經(jīng)確定了一個(gè)控制這種激活的關(guān)鍵開關(guān)。
該圖顯示了參與激活這種極其復(fù)雜和動(dòng)態(tài)途徑的各種蛋白質(zhì),但也是定義纖毛接收和傳遞信號(hào)的細(xì)胞機(jī)制中所有基本方面的重要性的一個(gè)例子。如圖所示,Shh信號(hào)的激活依賴于信號(hào)蛋白的纖毛進(jìn)入Shh受體Patched1的Smoothened和ciliary出口; Caveolin,Nephrocystin-4和KIF13B是該途徑的第一步。
雖然Caveolin是激活纖毛基部Shh通路所必需的,但新研究發(fā)現(xiàn)了兩種額外的蛋白質(zhì) - 腎臟疾病蛋白質(zhì)Nephrocystin-4和一種叫做KIF13B的分子運(yùn)動(dòng)蛋白質(zhì) - 這兩種蛋白質(zhì)都是調(diào)節(jié)纖毛中Caveolin所必需的。因此也有助于激活Shh信號(hào)傳導(dǎo)。眾所周知,Nephrocystin-4調(diào)節(jié)纖毛接收和傳遞信號(hào)的能力,并且Nephrocystin-4的突變導(dǎo)致腎臟和其他器官的疾病。
通過(guò)這項(xiàng)新研究,研究人員向了解這些疾病發(fā)生的分子機(jī)制邁進(jìn)了一步,這可能會(huì)為未來(lái)的纖毛病患者提供更好的治療方法。此外,鑒于KIF13B是纖毛信號(hào)傳導(dǎo)的重要調(diào)節(jié)因子,在纖毛相關(guān)疾病的人類患者中發(fā)現(xiàn)KIF13B的致病突變可能只是時(shí)間問題。
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