纖毛或鞭毛(細(xì)胞鞭狀附件)執(zhí)行維持身體健康所需的各種任務(wù)。當(dāng)纖毛失靈時(shí)，后果可能是毀滅性的，導(dǎo)致一系列問題，從失明到肺和腎臟疾病，再到先天性心臟缺陷?，F(xiàn)在，科學(xué)家們揭示了對(duì)纖毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)的首次詳細(xì)觀察。

新揭示的結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)起點(diǎn)，可以開始探索纖毛在發(fā)育過程中如何組裝，如何在細(xì)胞的整個(gè)生命周期內(nèi)維持以及如果這些復(fù)雜分子機(jī)器中的某些嵌齒輪發(fā)生突變或缺失，它們可能會(huì)變得功能失調(diào)。這些微觀分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)對(duì)于從藻類到人的生物體細(xì)胞來說都是潛在的，它將回答有關(guān)人類健康和疾病的問題。

這項(xiàng)研究由圣路易斯華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員最近發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。

華盛頓大學(xué)生物化學(xué)和分子生物物理學(xué)助理教授張瑞說：“這項(xiàng)新研究令人興奮，因?yàn)樗钛a(bǔ)了許多關(guān)于纖毛結(jié)構(gòu)的信息。” “當(dāng)纖毛不能正常工作時(shí)，就會(huì)發(fā)生不好的事情。我們需要了解結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，以便開發(fā)出治療疾病的方法，或者是防止纖毛不能正常發(fā)揮作用的早期胚胎發(fā)生發(fā)育缺陷的策略。他們應(yīng)該。”

在呼吸道中，纖毛移動(dòng)粘液并保護(hù)其免受病毒和細(xì)菌性疾病的侵害。在生殖道中，它們推動(dòng)精子使卵子受精。纖毛還可以在大腦，腎臟，胰腺和骨骼生長(zhǎng)中執(zhí)行重要任務(wù)。在發(fā)育的最早階段，胚胎中特殊纖毛的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)定義了人體的左右不對(duì)稱性以及器官的放置位置。如果沒有正常的纖毛功能，心臟可能不會(huì)停留在應(yīng)有的左側(cè)，并且可能無法正常工作。

纖毛與多種人類疾病有關(guān)，包括多囊腎疾病，該疾病影響了約60萬美國(guó)人，需要透析。原發(fā)性睫狀運(yùn)動(dòng)障礙，引起慢性肺部疾病，器官移位和不育;Bardet-Biedl綜合征，導(dǎo)致患者在兒童時(shí)期變得盲目并導(dǎo)致糖尿病，腎臟疾病和極端肥胖;以及許多先天性心臟缺陷，這些缺陷會(huì)在左右不對(duì)稱現(xiàn)象變得嚴(yán)重并且需要復(fù)雜的手術(shù)進(jìn)行修復(fù)時(shí)發(fā)生。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員使用一種稱為單粒子冷凍電子顯微鏡的技術(shù)，以嚴(yán)格的重復(fù)模式首次觀察了排列在纖毛內(nèi)部的33種特定蛋白質(zhì)(在稱為纖毛微管雙峰的結(jié)構(gòu)中)。

張說：“在進(jìn)行這項(xiàng)工作之前，每個(gè)人都認(rèn)為纖毛內(nèi)部的這些蛋白質(zhì)只是穩(wěn)定了結(jié)構(gòu)，這對(duì)一部分蛋白質(zhì)是正確的，尤其是當(dāng)考慮到纖毛持續(xù)跳動(dòng)產(chǎn)生的力時(shí)。” “但是基于它們?cè)谠摻Y(jié)構(gòu)內(nèi)部的排列方式，我們認(rèn)為這些蛋白質(zhì)在做更多的事情。”

由于許多蛋白質(zhì)通過纖毛突出，Zhang和他的同事推測(cè)它們可以使睫毛微管雙聯(lián)體的內(nèi)部和外部進(jìn)行通訊?？刂剖怪匾纳磻?yīng)成為可能的酶的功能;并感知環(huán)境中鈣濃度的變化，這在觸發(fā)纖毛跳動(dòng)中起作用。

華盛頓大學(xué)遺傳學(xué)教授蘇珊·荷蘭德(Susan K. Dutcher)說：“在鑒定出的蛋白質(zhì)中，有五種與已經(jīng)在小鼠和人類中研究的疾病有關(guān)。” “但是直到現(xiàn)在，還沒有人知道這些蛋白是在纖毛內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的。我們才剛剛開始了解它們?cè)谡：图膊顟B(tài)中的作用。”

研究人員在一種名為藻類衣藻的藻類中研究了纖毛，這是一種單細(xì)胞生物，其纖毛的結(jié)構(gòu)和生化特性與包括人在內(nèi)的更復(fù)雜的生物相似。荷蘭人有興趣回答的一個(gè)問題是，構(gòu)成纖毛結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)如何控制纖毛執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)類型。單細(xì)胞萊茵衣藻的纖毛能夠進(jìn)行多種運(yùn)動(dòng)。

荷蘭人說：“在某些情況下，纖毛正在做您可能認(rèn)為是中風(fēng)的事情。” “在其他情況下，該運(yùn)動(dòng)更多是S形波。哺乳動(dòng)物中許多細(xì)胞的纖毛只能產(chǎn)生其中一種運(yùn)動(dòng)。但是，單細(xì)胞的萊茵衣藻(C. reinhardtii)也許可以幫助適應(yīng)環(huán)境這就是為什么我們?cè)卺t(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)藻類的原因。我們可以在這些纖毛的纖毛中研究的遺傳問題與人類中可能發(fā)生的問題相似，常常造成破壞性后果。”

Zhang，Dutcher及其同事計(jì)劃使用最新的低溫電子顯微鏡技術(shù)研究纖毛內(nèi)部33種蛋白質(zhì)中每種蛋白質(zhì)的衣原體突變體，以尋求對(duì)由于這種新的詳細(xì)結(jié)構(gòu)知識(shí)而引起的許多問題的答案。