Исследователи из Принстонского и Северо-Западного университетов обнаружили, что белок, известный под названием C21orf59 или «Курли», необходим, чтобы реснички волнообразно двигались, чтобы жидкость перемещалась по поверхности клеток. Они также обнаружили, что белок необходим во время развития, чтобы правильно ориентировать реснички так, чтобы они были обращены в правильном направлении для движения жидкости.
«Очень интересно, что мы обнаружили единственный белок, который отвечает за эти две функции – ориентацию и подвижность – в ресничках», – сказала Ребекка Бурдин, доцент молекулярной биологии в Принстонском университете. «Несмотря на то, что они важны для болезней человека, очень мало известно о том, как координируются подвижность и ориентация ресничек, поэтому этот белок обеспечит важные возможности для изучения этого процесса."Результаты опубликованы в Интернете и в номере журнала Cell Reports от 1 марта.
Исследования проводились на рыбках данио в Принстоне и на африканских когтистых лягушках в Северо-Западном регионе. В почках рыбок данио исследователи обнаружили, что белок Курли позволяет ресничкам ориентироваться в однородном направлении и, что наиболее важно, в правильном направлении, чтобы облегчить поток жидкости по узким каналам в почках. У лягушек реснички на клетках кожи помогают перемещать жидкость по поверхности животного на личиночной стадии.
В обоих случаях отключение гена Курли привело к неправильной ориентации ресничек, в результате чего они потеряли способность двигаться волнообразно, что помогает продвигать жидкость.
Открытие роли Курли в движении и ориентации ресничек стало результатом работы лаборатории Бурдина по развитию органов плода, в частности, исследования мутаций, которые изменяют лево-правую асимметричную ориентацию сердца. Такие мутации могут привести к тому, что орган будет работать должным образом, но является точным зеркальным отображением нормального сердца. Во время поиска генов, участвующих в формировании этого левого-правого паттерна, команда Бурдина обнаружила, что мутации в гене, который они назвали kur, который кодирует белок Курли, были связаны с ошибками в ориентации влево-вправо в сердце рыбок данио.
Когда команда исследовала kur, они отметили, что мутация также повлияла на функцию ресничек. В течение некоторого времени было известно, что реснички важны для ряда работ, от ощущения окружающей среды до облегчения потока жидкости и обеспечения того, чтобы легкие выделяли вдыхаемые загрязнители.
Генетические дефекты ресничек связаны с рядом заболеваний человека, включая поликистоз почек, респираторный дистресс, потерю слуха, бесплодие и нарушения формирования паттернов слева направо, такие как одно из исследований Бердина.
Исследователи из лаборатории Бурдина обнаружили, что роль Курли в движении ресничек связана с его способностью обеспечивать правильное расположение белков, называемых динеиновыми плечами, в ресничках. Когда исследователи отключили ген kur, белки динеина не смогли сформироваться в нужном месте.
Открытие того, что один белок участвует как в движении, так и в ориентации, удивительно, – сказал соавтор исследования Дэниел Граймс, научный сотрудник лаборатории Бурдина. «Это два аспекта, которые необходимы для создания потока жидкости, и мы хотели бы знать, как они связаны на молекулярном уровне.
Эта работа добавляет новый ген, который помогает этому открытию."
Ген Курли также был обнаружен в связи с заболеваниями ресничек человека, поэтому работа может повлиять на понимание механизмов заболевания человека, добавил Граймс.
Исследователи также обнаружили, что обнаруженная ими мутация сделала белок Kurly чувствительным к температуре, и использовали этот признак, чтобы обнаружить, что белок Kurly может участвовать в инициировании движения, а не в поддержании движения ресничек после того, как они начали движение.
Команда также исследовала белки, которые взаимодействуют с Курли.
Команда Northwestern показала, что когда ген kur был инактивирован с использованием метода редактирования генов под названием CRISPR-Cas9, отсутствие функционирующего белка Kurly привело к неправильному расположению второго белка на поверхности клетки, называемого Prickle2, который помогает клеткам знать в каком направлении они смотрят. Без правильного позиционирования Prickle2 реснички выталкивают жидкость в неправильном направлении.