Sebbene il cilium sia noto agli scienziati da più di 100 anni, solo di recente è stato riconosciuto che gioca un ruolo importante nella fisiologia. Praticamente ogni cellula ha un ciglio primario che funziona per rilevare il flusso del fluido, trasmette segnali chimici ad altre cellule e controlla la crescita cellulare. Difetti nella funzione delle ciglia portano a una classe di malattie chiamate ciliopatie, che includono il rene policistico, discinesia ciliare primaria e sindrome di Bardet-Biedl.

Vescicole extracellulari (EV), vettori legati alla membrana con carichi complessi che includono proteine, lipidi e acidi nucleici, funzione nella comunicazione cellulare a lunga distanza, ma in precedenza alla comunità scientifica non era chiaro come le ciglia contribuissero alla produzione di veicoli elettrici. Nuovo lavoro dei ricercatori della Medical University of South Carolina (MUSC), pubblicato online il 6 novembre dal Journal of Biological Chemistry , mostra che le ciglia primarie generano circa il 60% dei piccoli veicoli elettrici prodotti dalle cellule del tubulo renale e che la manipolazione della lunghezza del ciglio influisce sulla produzione di veicoli elettrici. Per di più, il contenuto proteico degli EV è molto diverso a seconda della lunghezza delle ciglia.

"Per molti anni, la gente pensava che i veicoli elettrici rappresentassero un sistema di smaltimento dei rifiuti, un modo per la cellula di sbarazzarsi di cose di cui non aveva bisogno. Ma penso che sia abbastanza chiaro che i piccoli veicoli elettrici (50-150 nm) rappresentino uno dei principali meccanismi di segnalazione della cellula, " dice Joshua H. Lipschutz, M.D., la cattedra Arthur V. Williams e direttore della Divisione di Nefologia al MUSC. "Questa è la prima vera dimostrazione nelle cellule di mammifero che gli ectosomi, VE prodotti da ciglia primarie rispetto agli esosomi, che sono veicoli elettrici di dimensioni simili ma si formano nei corpi multivescicolari della cellula, sono così importanti."

Uno dei componenti chiave della ciliogenesi, il processo di generazione di un ciglio, è l'esocisti, un complesso di otto proteine ​​che è altamente conservato ed è stato scoperto per la prima volta nel lievito. Il lavoro precedente ha dimostrato che la perdita del componente 5 del complesso esocistico (EXOC5), una delle otto proteine ​​che compongono l'esocisti, provoca la produzione di ciglia molto corte o assenti. Al contrario, l'aumentata espressione di EXOC5 provoca l'allungamento delle ciglia.

Nel loro lavoro attuale, Lipschutz e colleghi hanno portato questi dati un ulteriore passo avanti ed hanno esaminato il contributo dell'esocisti alla produzione di veicoli elettrici. Hanno confrontato tre gruppi di cellule:cellule renali normali, cellule renali che hanno perso EXOC5 e cellule renali che producono più EXOC5 del normale. Tutti e tre questi gruppi erano significativamente diversi l'uno dall'altro. Le cellule che hanno perso EXOC5 avevano ciglia molto corte o assenti e producevano anche meno veicoli elettrici. D'altra parte, le cellule che producevano più EXOC5 avevano ciglia più lunghe e producevano significativamente più veicoli elettrici. L'analisi del contenuto proteico degli EV che sono stati effettuati in queste varie condizioni ha mostrato differenze drammatiche, il che suggerisce che la capacità di questi veicoli elettrici di segnalare ad altre cellule era diversa in ciascuna condizione.

I ricercatori hanno poi ampliato il loro lavoro. Hanno generato cellule renali che avevano perso l'espressione della proteina di trasporto intraflagellare 88 (IFT88), una proteina che è necessaria anche per la corretta formazione del ciglio. Queste cellule hanno nuovamente mostrato una riduzione della produzione di veicoli elettrici come quella osservata in condizioni in cui EXOC5 era ridotto. Finalmente, i ricercatori hanno realizzato un topo con EXOC5 impoverito specificamente nelle cellule renali del tubulo prossimale e hanno dimostrato che gli EV isolati dall'urina di questi topi avevano un contenuto proteico diverso rispetto agli EV dei topi normali, con molti degli stessi cambiamenti osservati nelle linee cellulari.

"La cosa eccitante e sorprendente è che così tanti dei piccoli veicoli elettrici sembrano essere ectosomi perché le ciglia costituiscono solo lo 0,2% della membrana cellulare, ma sono uno dei principali motori della produzione di veicoli elettrici, "dice Lipschütz.

In sintesi, Lipschutz e colleghi hanno collegato la presenza e la lunghezza delle ciglia primarie dei mammiferi alla produzione di EV. La perdita di EXOC5 o IFT88 ha portato a ciglia più corte che hanno prodotto meno veicoli elettrici, mentre la presenza di più EXOC5 ha portato a ciglia più lunghe che hanno prodotto più veicoli elettrici. È importante sottolineare che le proteine ​​che sono state trovate in questi vari EV erano molto diverse. Ciò ha importanti implicazioni per la comunicazione intercellulare che non è limitata al rene.

"Questi ectosomi non sono solo nelle urine, ma sono anche probabilmente nel sangue e possono svolgere un ruolo nella biologia di molti sistemi, compreso il cancro, "dice Lipschütz.

Poiché la maggior parte delle cellule ha un ciglio primario, i difetti nelle ciglia possono interessare molti diversi tipi di tessuto. Nel futuro, Lipschutz prevede di lavorare con altri ricercatori del MUSC per esaminare i veicoli elettrici in altri tessuti con ciglia danneggiate, compresi i tessuti oculari e cardiaci.

"Questi organelli, che 20 anni fa le persone scrivevano erano retaggi evolutivi, come l'appendice degli organelli, non solo sono meccano e chemosensori, ma sono anche coinvolti nella produzione di una parte significativa degli EV che sono coinvolti centralmente nella segnalazione cellulare, " dice Lipschutz. "Penso che stiamo scoprendo sempre più cose che cilia, che contengono tra le 500 e le 1000 proteine, fare e quanto sono importanti".