Учёные показали, как клетки общаются

Первичные реснички — это похожие на антенны структуры на поверхности большинства клеток человеческого тела. Они являются важнейшими посредниками в коммуникации между типами клеток. Если реснички дефектны, это общение нарушается, и клетки не могут правильно регулировать ключевые клеточные процессы. Это может привести к тяжёлым заболеваниям, затрагивающим почти каждый орган и ткань как у развивающихся эмбрионов, так и у взрослых.

Способность этих коммуникационных «антенн» принимать и передавать сигналы из окружающей среды критически зависит от транспорта специфических сигнальных рецепторов внутрь ресничек и из них. Реснички находятся на поверхности почти каждой клетки и, постоянно отслеживая среду, контролируют базовое клеточное поведение, например, когда клетке нужно делиться или мигрировать в другое положение в теле во время эмбрионального развития.

Например, в развивающемся эмбрионе существует сигнальный путь Sonic hedgehog (Shh) — один из важнейших для развития нескольких основных органов, таких как почки и мозг. Дефекты ресничек, влияющие на передачу сигнала Shh, или мутации в генах, кодирующих белки этого пути, могут приводить к тяжёлым заболеваниям — «цилиопатиям», при которых поражаются почки, мозг и многие другие органы. Кроме того, было показано, что дефектный сигнальный путь Shh вызывает опухоли мозга у детей и взрослых.

Несмотря на физиологическую важность ресничек для здоровья и болезней человека, молекулярный механизм, с помощью которого они принимают и передают сигналы, до сих пор полностью не изучен. Новое исследование группы по изучению ресничек на кафедре биологии Копенгагенского университета, опубликованное в Nature Communications, предоставило важную новую информацию, которая может помочь разрешить эту давнюю загадку.

Доцент Лотте Банг Педерсен с кафедры биологии говорит: «В этом исследовании мы обнаружили, что связывающий холестерин мембранный белок кавеолин (CAV1) расположен у основания реснички и играет центральную роль в регуляции её способности активировать сигнальный путь Shh. Если коротко, то теперь мы наконец знаем, насколько сложна и динамична активация этого пути, — и мы определили ключевой переключатель, который контролирует эту активацию».

Активация сигнального пути Shh зависит от входа сигнального белка Smoothened в ресничку и выхода из неё рецептора Shh Patched1. Кавеолин, нефроцистин-4 и KIF13B регулируют этот самый первый шаг в пути.

В то время как кавеолин необходим для активации пути Shh у основания реснички, новое исследование выявило два дополнительных белка — белок болезни почек нефроцистин-4 и моторный белок KIF13B, — которые оба необходимы для регуляции кавеолина в ресничке и, следовательно, также способствуют активации передачи сигнала Shh. Уже было известно, что нефроцистин-4 регулирует способность реснички принимать и передавать сигналы, и что мутации в нём вызывают заболевания почек и других органов.

С новым исследованием учёные на шаг ближе к пониманию молекулярного механизма возникновения этих болезней, что может привести к лучшим методам лечения пациентов с цилиопатиями в будущем. Более того, с идентификацией KIF13B как важного регулятора сигналинга в ресничке, возможно, осталось недолго до обнаружения вызывающих болезни мутаций в этом гене у пациентов с заболеваниями, связанными с ресничками.