我們的大部分細胞都含有不能移動的初級纖毛（primarycilium），即一類用于傳遞來自周圍環(huán)境的信息的天線。一些細胞還具有許多用于產生運動的移動性纖毛。纖毛的“骨架”由二聯(lián)微管（microtubuledoublet）組成。纖毛在組裝或功能上的缺陷可引起稱為纖毛病（ciliopathy）的各種病癥。

如今，在一項新的研究中，來自瑞士日內瓦大學（UNIGE）的研究人員開發(fā)出一種能夠形成二聯(lián)微管的體外系統(tǒng)，并揭示了它們進行組裝的機制和動態(tài)變化。他們的研究揭示出微管蛋白在阻止纖毛結構不受控制形成中起著至關重要的作用。這種方法使得發(fā)現和利用人細胞的纖毛和病原體的纖毛之間的潛在差異成為可能，從而有助于開發(fā)出新的療法。相關研究結果發(fā)表在2019年1月的Science期刊上，論文標題為“FlagellarmicrotubuledoubletassemblyinvitrorevealsaregulatoryroleoftubulinC-terminaltails”。

由于存在不能移動的初級纖毛，細胞能夠感知許多光信號、機械化學信號或生物信號。許多稱為鞭毛的移動性纖毛，也可能存在于某些細胞中。它們能夠產生運動，比如讓胚胎從輸卵管移動到子宮，將粘液排出到氣道，或者讓精子游動。纖毛在組裝或功能上的缺陷可導致纖毛病。纖毛病是一組疾病的總稱，包括腦畸形、視網膜或生育障礙、腎臟或肝臟疾病、復發(fā)性呼吸道感染和骨骼異常。

將支架安裝在試管中

纖毛的底部有兩個中心粒，其中中心粒是由微管形成的細胞器，此外微管也是細胞骨架的組成部分。中心粒是形成纖毛的起點，而纖毛由9個二聯(lián)微管組成。論文共同通訊作者、日內瓦大學理學院細胞生物學系教授PaulGuichard博士解釋道，“二聯(lián)微管是形成纖毛和纖毛發(fā)揮功能的一種至關重要的結構，但是迄今為止，它的組裝是未知的。”由PaulGuichard和VirginieHamel組成的一個研究團隊開發(fā)出一種能夠形成二聯(lián)微管的體外系統(tǒng)。這些研究人員還與來自法國奧賽居里研究所和捷克布拉格生物技術研究所的研究人員合作，采用了先進的顯微技術和建模技術。

首先，中心粒通過組裝微管蛋白而形成9個微管。二聯(lián)微管隨后在每個微管的表面上形成。VirginieHamel解釋道，“我們觀察到二聯(lián)微管的形成受到微管蛋白本身的調節(jié)，這是因為移除它的一個末端導致在這個位置上形成二聯(lián)微管。這種效應很可能阻止二聯(lián)微管在除纖毛之外的其他位置上不受控制的形成，從而確保它發(fā)揮最佳的功能。”通過使用先進的顯微鏡拍攝這一現象，這些研究人員也首次發(fā)現第二個微管通過添加微管蛋白在兩個相反的方向上進行組裝。

抑制寄生蟲運動

纖毛或鞭毛的軸也起著“軌道”的作用，在實際的分子馬達的推動下，將一系列分子從這種細胞器的一端移動到另一端。這些運輸對于細胞器的所有功能都是必需的。PaulGuichard總結道，“我們如今想要發(fā)現某些寄生蟲（如瘧原蟲）的纖毛或鞭毛與人類對應物在組裝和功能上是否存在任何差異。這些差異因此可能成為僅影響病原體的治療靶標。”