Под поверхностью крошечного прозрачного червя Caenorhabditis elegans исследователи обнаружили новые подсказки о том, как определённые волосковидные структуры клеток, называемые ресничками — крошечные выросты, которые помогают клеткам ощущать окружающую среду и перемещать материалы — растут синхронно. Эти структуры помогают червю воспринимать окружающую среду и часто растут рядом друг с другом парами. До сих пор оставалось загадкой, как эти пары сохраняют выравнивание по мере роста. Теперь учёные выяснили, что белок ARL13B, участвующий в организации и сигнализации этих структур, играет ключевую роль в управлении таким параллельным ростом. Этот процесс они описывают как «сопряжённый рост ресничек», что означает, что две соседние реснички растут синхронно.
Исследователи Мерве Гюль Туран, Ханифе Кантарчи, доктор Себиха Чевик и доктор Октай Каплан из Университета Абдуллы Гюля изучали это явление и то, как ARL13B вместе с другими молекулами поддерживает координированный рост ресничек. Их результаты были опубликованы в журнале iScience.
Используя специальные светящиеся маркеры под микроскопом — инструмент, который использует флуоресцентный свет для выделения определённых частей клеток, — учёные отслеживали, как некоторые сенсорные нервные клетки червя формируют свои реснички парами. В голове червя эти выросты тянутся бок о бок, а в хвосте образуют Y-образные структуры. Хотя фактическая длина каждой реснички могла варьироваться, паттерн парного роста оставался неизменным. Однако при отсутствии белка ARL13B реснички больше не росли правильно и во многих случаях указывали в разные стороны.
Любопытно, что это нарушение выравнивания происходило, даже несмотря на то что реснички сохраняли примерно ту же длину, что и у червей с нормальным ARL13B. Это открытие показывает, что роль белка заключается не только в том, насколько длинными вырастают реснички, но и в том, что он помогает им оставаться синхронными. «Наш генетический анализ показывает, что ARL-13 влияет на сопряжённый рост ресничек независимо от их длины», — сказал доктор Каплан.
Учёные также обнаружили, что нарушение работы группы вспомогательных белков, известной как белковый комплекс синдрома Барде-Бидля, — набор белков, которые помогают транспортировать материалы внутри ресничек, — может фактически улучшить проблему выравнивания у червей, лишённых ARL13B. Это указывает на возможную связь между работой ARL13B и изменениями во внешнем слое ресничек, известном как ресничная мембрана, которая действует как оболочка вокруг структуры. «Мы предполагаем, что ARL-13 способствует сопряжённому росту ресничек частично за счёт модуляции ресничной мембраны», — пояснила доктор Чевик.
Возвращение белка ARL13B в червей восстановило правильное выравнивание пар ресничек. Это подтвердило важность этого белка для координации работы ресничек. Команда также протестировала другие гены, известные своим влиянием на длину ресничек, такие как циклинзависимая киназа-подобная 1 — ген, участвующий в регуляции активности клеток, — и дефектный белок заполнения красителя 5, который играет роль в формировании ресничек. Однако эти гены не оказали влияния на проблему выравнивания, что позволяет предположить, что длина ресничек и их параллельный рост контролируются разными биологическими путями.
Некоторые комбинации изменений генов вызвали ещё более заметные проблемы. Удаление как ARL13B, так и другого гена, нефронофтизиса 2, связанного с заболеванием почек и влияющего на реснички, усугубило нарушение выравнивания. Когда был также удалён третий ген, гистондеацетилаза 6, который помогает регулировать белки и структуру клеток, реснички стали длиннее, но по-прежнему не выравнивались. Эти результаты позволяют предположить, что ARL13B является частью более широкой сети белков, которые помогают поддерживать правильное расположение ресничек.
Чтобы лучше понять роль внешней поверхности ресничек, учёные изучили специфическое жироподобное вещество, называемое липидным маркером, которое обычно находится снаружи ресничек. При отсутствии ARL13B это вещество обнаруживалось внутри ресничек, сигнализируя о смене поведения мембраны. Когда белковый комплекс синдрома Барде-Бидля был удалён у этих мутантов, этот липид вернулся в своё обычное место, что подтверждает идею о том, что ARL13B помогает управлять ресничной мембраной.
Выводы доктора Каплана и его коллеги подтверждают идею о том, что ARL13B помогает организовывать реснички за счёт изменений поверхности ресничек, а не только их внутренней структуры. Доктор Каплан считает, что другие липкие молекулы, известные как молекулы адгезии, которые помогают клеткам прикрепляться друг к другу, также могут способствовать поддержанию тесной связи между этими парными ресничками, и их следует изучить в будущих исследованиях.
Ссылка на журнал:
Turan M.G., Kantarci H., Cevik S., Kaplan O.I. «ARL13B regulates juxtaposed cilia-cilia elongation in Bardet-Biedl syndrome protein complex dependent manner in Caenorhabditis elegans». iScience, 2025. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.111791