Persönliche Gesundheit

Wissenschaftler enträtseln die Geheimnisse der Zellen whiplike Erweiterungen

Zilien oder Flagellen — whiplike Fortsätze an Zellen, die verschiedene Aufgaben erforderlich, um zu halten den Körper gesund. Wenn die Cilien Fehlfunktion, die Folgen können verheerend sein, was zu einer Reihe von Problemen, von Blindheit, Lungen-und Nieren-Erkrankungen, angeborene Herzfehler. Nun, Wissenschaftler haben gezeigt, die einen ersten Einblick in die innere Struktur der Zilien.

Die neu offenbarte Struktur bietet einen Ausgangspunkt, um zu beginnen zu erforschen, wie Zilien montiert sind, während der Entwicklung, wie Sie gepflegt werden, über eine cell’s die Lebensdauer, und wie Sie möglicherweise dysfunktional, wenn einige Rädchen in dieser komplexen molekularen Maschinen, die mutiert sind oder fehlen. Die Struktur des diesen mikroskopischen molekularen Maschinen, die die gemeinsamen Zellen, in Organismen von Algen bis zu den Menschen potenziell beantworten Fragen über die menschliche Gesundheit und Krankheit.

Die Forschung, die von Forschern an der Washington University School of Medicine in St. Louis und der Harvard Medical School, wurde vor kurzem veröffentlicht in der Zeitschrift Cell.

„Diese neue Studie ist spannend, weil es füllt eine Menge fehlender Informationen über die Struktur von Zilien,“, sagte senior-Autor Rui Zhang, PhD, assistant professor für Biochemie und molekulare Biophysik an der Washington University. “Wenn Flimmerhärchen nicht richtig funktionieren, schlimme Dinge passieren. Wir müssen wissen, details der Struktur zu entwickeln, um Behandlungen für Krankheiten, oder Strategien, um zu verhindern, dass die Entwicklungs-Mängel, die im frühen embryo vorkommen, wenn die Zilien sind nicht funktionieren, wie Sie sollten.“

In der Atemwege, Zilien bewegen den Schleim und zum Schutz gegen virale und bakterielle Krankheiten. In die Fortpflanzungsorgane, Sie treiben Spermien um ein ei zu befruchten. Zilien auch wichtige Aufgaben im Gehirn, der Niere, der Bauchspeicheldrüse und in den Knochen Wachstum. Und in den frühesten Stadien der Entwicklung, die Drehbewegung von spezialisierten Flimmerhärchen in der embryo legt der Körper die Links-rechts-Asymmetrie und in denen die Organe gelegt werden. Ohne richtig funktionierenden Zilien, kann das Herz nicht am Ende auf der linken Seite, wo es sein sollte, und es könnten nicht richtig funktionieren.

Zilien sind verwickelt in mehrere menschliche Erkrankungen wie polycystic Nieren-Krankheit, die auf rund 600.000 Amerikaner und benötigt Dialyse; primary ciliary dyskinesia, die Ursachen von chronischen Lungenerkrankungen, verlegt Organe und Unfruchtbarkeit; Bardet-Biedl-Syndrom, die bewirkt, dass die Patienten erblinden in der kindheit und führt zu diabetes, Nierenerkrankungen und extreme Adipositas; und viele angeborene Herzfehler entstehen, wenn die Links-rechts-Asymmetrie geht schief und erfordern komplexe Operationen zu reparieren.

In der neuen Studie verwendeten die Forscher eine Technik namens single particle cryo-electron microscopy man einen ersten Blick auf die 33 spezifische Proteine, angeordnet im inneren Zilien — in Strukturen genannt ciliary Mikrotubuli-Dubletten — in einem strengen, sich wiederholenden Muster.

„Bevor diese arbeiten, jeder davon ausgegangen, diese Proteine innerhalb von Zilien nur stabilisieren die Struktur, die wahr ist, eine Teilmenge der Proteine, vor allem wenn man bedenkt die Kräfte, erzeugt durch das ständige schlagen der Zilien,“ sagte Zhang. „Aber je nachdem, wie Sie angeordnet sind, im inneren dieser Struktur, die wir glauben, dass diese Proteine machen viele weitere Dinge.“

Da viele der Proteine ragen durch die Zilien, Zhang und seine Kollegen spekulieren, dass Sie möglicherweise erlauben, für die Kommunikation zwischen der Innenseite und der Außenseite des ciliary Mikrotubuli-dubletts; Regeln die Funktion von Enzymen, die wichtige biochemische Reaktionen möglich; und spüre Veränderungen in der calcium-Konzentration der Umgebung, die eine Rolle spielt bei der Auslösung der Zilien zu schlagen.

„Unter den Proteinen identifiziert, fünf sind im Zusammenhang mit Krankheiten, die untersucht wurden in Mäusen und Menschen“, sagte co-Autorin Susan K. Dutcher habe kämpfte in, PhD, ein professor von Genetik an der Washington University. “Aber bis jetzt niemand wusste, dass diese Proteine gefunden wurden, die innerhalb der Zilien. Wir sind erst am Anfang zu verstehen, Ihre Rollen in normalen und Krankheitszuständen.“

Die Forscher untersuchten Zilien in eine Art von Algen genannt Chlamydomonas reinhardtii, das sind Einzellige Organismen, die Zilien strukturell und biochemisch ähnlich denen von komplexeren Organismen, einschließlich Menschen. Eine Frage Dutcher habe kämpfte in ist interessiert bei der Beantwortung ist, wie die Proteine bilden Zilien Struktur Regeln die Art der Bewegung, die Wimpern führen. Die Zilien des einzelligen C. reinhardtii in der Lage sind, mehr als eine Art der Bewegung.

„In einigen Situationen, die Wimpern sind zu tun, was Sie vielleicht eine Brust-Hub“, sagte Dutcher habe kämpfte in. “In anderen, die Bewegung ist eher eine S-förmige Welle. Die Zilien der viele Zellen in Säugetieren können nur produzieren, diese Bewegungen. Aber die single-celled C. reinhardtii, vielleicht um ihm zu helfen, sich an die Umwelt anzupassen, kann zwischen Ihnen wechseln. Das ist, warum wir studieren die Algen an einer medizinischen Hochschule — die genetischen Probleme, die wir untersuchen können, in der die Zilien dieser Organismen sind ähnlich denen, die auftreten können im Menschen, oft mit verheerenden Folgen.“

Zhang, Dutcher habe kämpfte in und Ihre Kollegen haben Pläne zu verwenden die neuesten Techniken der Kryo-Elektronen-Mikroskopie zur Untersuchung der Chlamydomonas – Mutanten von jedem der 33 Proteine innerhalb von Zilien zu versuchen, Antworten auf viele Fragen, die aufgetaucht sind, die diese neue und detaillierte Kenntnisse der Struktur.