Sådan kommunikerer celler med hinanden

Billede af et cilie fra en musecelle hvor ciliet er farvet blåt og Caveolin rødt. Bundet af ciliet er angivet med grønt. Fra: Schou et al. Nat. Commun. 2017

Forskning udført i de seneste år har vist, at små kommunikerende antenners (ciliers) evne til at modtage og sende signaler fra miljøet til cellen i høj grad afhænger af transport af specifikke signalreceptorer ind og ud af cilierne. Cilierne findes på overfladen af ​​næsten hver eneste celle i kroppen og ved konstant at overvåge miljøet, kontrollerer cilierne basale cellulære processer, såsom hvornår en celle skal dele sig eller flytte sig til et andet sted i kroppen under fosterudviklingen.

Under forsterudviklingen er eksempelvis Sonic hedgehog (Shh) signalvejen, som er en af ​​de vigtigste signalveje i vores krop, med til at regulere udviklingen af ​​flere organer, såsom nyre og hjerne. Fejl i cilier, der påvirker Shh signalering, eller mutationer i gener, der koder for Shh signalproteiner, kan derfor føre til alvorlige sygdomme kaldet "ciliopatier", hvor nyrerne, hjernen og mange andre organer i kroppen bliver misdannede. Desuden har defekt Shh signalering også vist sig at forårsage hjernetumorer hos børn og voksne.

På trods af den helt essentielle betydning af cilier for menneskers sundhed og sygdom er de molekylære mekanismer, hvorved cilier modtager og sender signaler, stadig ikke klarlagt. Et nyt studie fra Ciliegruppen (Biologisk Institut, Københavns Universitet), der netop er offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, har fremlagt vigtige nye oplysninger, der kan bidrage til at løse dette mysterium.

Lektor Lotte Bang Pedersen fra Biologisk Institut siger:
- I denne undersøgelse fandt vi, at et kolesterol-bindende membranprotein kaldet Caveolin (CAV1) findes ved bunden af ​​ ciliet og spiller en central rolle i reguleringen af ​​ciliets evne til at aktivere Shh signalvejen. Og den korte version er, at vi nu endelig ved, hvor kompleks og dynamisk aktiveringen af denne signalvej er. Og vi nu har endelig identificeret en vigtig kontakt, der kontrollerer denne aktivering.

Figuren viser de forskellige proteiner, der er involveret i aktivering af denne ekstremt komplekse og dynamiske signalvej, men er også et eksempel på vigtigheden af ​​at definere alle grundlæggende aspekter i de cellulære mekanismer, hvormed cilier modtager og sender signaler. Som vist i figuren afhænger aktivering af Shh signaleringen af transport af signalproteinet Smoothened ind i ciliet samtidig med fjernelse af Shh receptoren Patched1 fra ciliet; proteinerne Caveolin, Nephrocystin-4 og KIF13B regulerer dette allerførste trin i aktivering af signalvejen.

Simplificeret diagram, der viser hvordan ciliet regulerer aktivering af Sonic hedgehog (Shh) signalvejen. Ventre: i fravær af Shh akkumulerer Shh signalreceptoren Patched1 i ciliet. Højre: når Shh er til stede binder Shh til Patched1 som dermed forlader ciliet. Dette bevirker, at et andet signalprotein kaldet Smoothened transporteres ind i ciliet og aktiverer signalvejen. Proteinerne Caveolin, Nephrocystin-4 og KIF13B befinder sig ved bunden af ciliet og er nødvendige for Shh-medieret transport af Smoothened til ciliet. Diagrammet er baseret på Schou et al. Nat. Commun 2017.

Med det nye studie er forskerne et skridt tættere på at forstå de molekylære mekanismer, hvorved cilie-relaterede sygdomme opstår, så der kan udvikles bedre behandlinger for "ciliopati" patienter i fremtiden. Desuden betyder identifikationen af ​​KIF13B, som er en vigtig regulator af Shh signalering ved ciliet, at det sandsynligvis kun er et spørgsmål om tid, før sygdomsfremkaldende mutationer i KIF13B er identificeret i patienter med cilie-relaterede sygdomme.

Emner