Le ciglia sono piccoli organelli simili a capelli che si estendono dalle cellule e svolgono molte funzioni, tra cui la motilità e la segnalazione. I ricercatori hanno ora rivelato che le ciglia hanno un hub di trasporto specializzato alla loro base, dove i treni e le merci vengono assemblati per il trasporto attraverso le ciglia. Poiché i difetti in questo sistema di trasporto delle ciglia possono portare a condizioni come reni cistici o cecità, i risultati pubblicati su Scienza fornire anche nuove informazioni sulle basi molecolari di una varietà di malattie.

Le ciglia svolgono numerose funzioni per la cellula:aiutano le cellule a nuotare, a muovere i liquidi e a scambiarsi messaggi. Le ciglia assicurano che possiamo vedere, rimuovono le sostanze dai polmoni, spostano i liquidi nel cervello e ci consentono di percepire odori e suoni. Sono inoltre essenziali per il nostro sviluppo e la corretta disposizione dei nostri organi. Se la loro funzione è disturbata, può derivare un'ampia varietà di malattie, comprese malattie cardiache, renali e polmonari, cecità o infertilità.

L'assemblaggio e la funzione delle ciglia si basano su grandi treni di proteine ​​che trasportano carichi importanti fino alla punta ciliare e tornano alla base. Anche le più piccole mutazioni nei singoli componenti possono paralizzare il traffico all'interno delle ciglia.

Il gruppo di ricerca guidato dal professor Ben Engel al Biozentrum dell'Università di Basilea insieme ai colleghi dell'Università di Ginevra e dell'istituto di ricerca Human Technopole di Milano è ora riuscito ad esaminare le ciglia nel loro ambiente naturale. La loro analisi ha rivelato per la prima volta la struttura 3D nativa della base ciliare. Qui hanno scoperto un trafficato snodo dei trasporti, con treni assemblati e caricati in preparazione per il loro viaggio nelle ciglia.

Stazione di carico per trasporto ciglia

Le ciglia sono saldamente ancorate alla cellula alla loro base. "Ecco la stazione di partenza per il trasporto delle ciglia", spiega Hugo van den Hoek, primo autore dello studio. "I treni vengono assemblati qui, carichi di merci e posizionati sui binari". Ci sono un totale di nove diverse rotaie all'interno delle ciglia, chiamate microtubuli. Ciascuno di essi è composto da due binari, uno per i treni in partenza e uno per i treni in entrata. I treni trasportano proteine ​​come molecole di segnalazione e materiali da costruzione alla punta delle ciglia. Alla stazione di destinazione, il treno viene scaricato e smontato.

Il team ha esaminato in dettaglio la composizione dei treni di assemblaggio, rivelando l'ordine con cui i componenti del treno sono assemblati alla base ciliare. Hanno anche immaginato strutture alla base che fungono da barriera selettiva. "Questo regola l'ingresso di grandi treni fino a quando non sono completamente assemblati e caricati con le proteine ​​​​del carico necessarie per la costruzione e la manutenzione delle ciglia", afferma van den Hoek. "Dalla microscopia a fluorescenza, conosciamo anche l'orario esatto dei treni. I treni lasciano la stazione di partenza entro nove secondi, quindi l'intero processo di assemblaggio del treno ricomincia."

Organelli in 3D

I ricercatori hanno risolto la struttura e la composizione della base ciliare con l'aiuto di due metodi di imaging complementari. I gruppi di ricerca di Ben Engel a Basilea e della dott.ssa Gaia Pigino a Milano hanno eseguito una tomografia crioelettronica, che rivela strutture cellulari native con squisiti dettagli molecolari.

I ricercatori guidati dalla dott.ssa Virginie Hamel e dal professor Paul Guichard a Ginevra hanno aggiunto i dati della microscopia di espansione, che ha consentito di localizzare e mappare numerose proteine ​​sulle strutture della tomografia. "Questa potente combinazione di tecnologie ci ha permesso di ricostruire il primo modello molecolare della base ciliare e osservare come regola l'assemblaggio e l'ingresso di questi grandi treni proteici", spiega Paul Guichard.

"Capire in dettaglio il sistema di trasporto e la sua logistica ci aiuta a capire come sono costruite e come funzionano le ciglia, il che può anche fornire nuove idee per terapie per le malattie delle ciglia", afferma Ben Engel. In una fase successiva, lui ei suoi collaboratori vorrebbero esaminare cosa succede alla punta ciliare:come è strutturata questa stazione terminale e come è organizzato il trasporto di ritorno. + Esplora ulteriormente

Approfondimenti sulla regolazione molecolare della struttura e della composizione del ciglio