Hoewel de cilium al meer dan 100 jaar bekend is bij wetenschappers, pas onlangs is erkend dat het een belangrijke rol speelt in de fysiologie. Vrijwel elke cel heeft een primaire cilium die functioneert om de vloeistofstroom waar te nemen, verzendt chemische signalen naar andere cellen en regelt de celgroei. Defecten in de functie van cilia leiden tot een klasse van ziekten die ciliopathieën worden genoemd, waaronder polycysteuze nierziekte, primaire ciliaire dyskinesie en het Bardet-Biedl-syndroom.

Extracellulaire blaasjes (EV's), membraangebonden dragers met complexe ladingen die eiwitten, lipiden en nucleïnezuren, functie in cellulaire communicatie over lange afstand, maar hoe cilia bijdragen aan de productie van elektrische auto's was voorheen onduidelijk voor de wetenschappelijke gemeenschap. Nieuw werk van onderzoekers van de Medical University of South Carolina (MUSC), online gepubliceerd op 6 november door de Tijdschrift voor biologische chemie , toont aan dat primaire cilia ongeveer 60% van de kleine EV's produceren die worden geproduceerd door niertubuluscellen en dat manipulatie van de ciliumlengte de productie van EV's beïnvloedt. Verder, het eiwitgehalte van EV's is heel verschillend, afhankelijk van de lengte van de trilhaartjes.

"Voor vele jaren, mensen dachten dat elektrische auto's een afvalverwerkingssysteem waren - een manier voor de cel om dingen kwijt te raken die ze niet nodig hadden. Maar ik denk dat het vrij duidelijk is dat kleine (50-150nm) EV's een van de belangrijkste signaalmechanismen van de cel zijn, " zegt Joshua H. Lipschutz, MD, de Arthur V. Williams-leerstoel en directeur van de afdeling Nefologie van MUSC. "Dit is de eerste echte demonstratie in zoogdiercellen dat ectosomen, EV's geproduceerd door primaire trilharen in tegenstelling tot exosomen, dat zijn EV's die qua grootte vergelijkbaar zijn, maar zich vormen in de multivesiculaire lichamen van de cel, zijn zo prominent."

Een van de belangrijkste componenten van ciliogenese - het proces van het genereren van een cilium - is de exocyst, een complex van acht eiwitten dat sterk geconserveerd is en voor het eerst werd ontdekt in gist. Eerder werk heeft aangetoond dat verlies van exocystcomplexcomponent 5 (EXOC5), een van de acht eiwitten waaruit de exocyst bestaat, veroorzaakt zeer korte of geen trilhaartjes. Omgekeerd, verhoogde expressie van EXOC5 zorgt ervoor dat de trilhaartjes langer worden.

In hun huidige werk Lipschutz en collega's gingen nog een stap verder met deze gegevens en onderzochten de bijdrage van de exocyst aan de productie van EV's. Ze vergeleken drie groepen cellen:normale niercellen, niercellen die EXOC5 hebben verloren en niercellen die meer EXOC5 aanmaken dan normaal. Alle drie deze groepen waren significant verschillend van elkaar. De cellen die EXOC5 verloren, hadden zeer korte of afwezige trilhaartjes en produceerden ook minder EV's. Anderzijds, cellen die meer EXOC5 maakten, hadden langere trilhaartjes en produceerden significant meer EV's. Analyse van het eiwitgehalte van de EV's die onder deze verschillende omstandigheden werden gemaakt, toonde dramatische verschillen, wat suggereert dat het vermogen van deze EV's om naar andere cellen te signaleren in elke toestand anders was.

Daarna breidden de onderzoekers hun werk uit. Ze genereerden niercellen die de expressie van intraflagellair transporteiwit 88 (IFT88) hadden verloren, een eiwit dat ook nodig is voor een goede ciliumvorming. Deze cellen vertoonden opnieuw een vermindering van de EV-productie zoals die werd gezien onder omstandigheden waarbij EXOC5 was verminderd. Eindelijk, de onderzoekers maakten een muis met EXOC5 specifiek uitgeput in proximale tubulus niercellen en toonden aan dat EV's geïsoleerd uit de urine van deze muizen een ander eiwitgehalte hadden dan de EV's van normale muizen, met veel van dezelfde veranderingen waargenomen in de cellijnen.

"Het opwindende en verrassende is dat zoveel van de kleine EV's ectosomen lijken te zijn, omdat de trilharen slechts 0,2% van het celmembraan uitmaken, maar toch een van de belangrijkste drijfveren zijn voor de productie van EV's. ", zegt Lipschütz.

Samengevat, Lipschutz en collega's hebben de aanwezigheid en lengte van primaire trilhaartjes bij zoogdieren gekoppeld aan de productie van EV's. Verlies van EXOC5 of IFT88 resulteerde in kortere trilhaartjes die minder EV's produceerden, terwijl de aanwezigheid van meer EXOC5 resulteerde in langere trilhaartjes die meer EV's produceerden. belangrijk, de eiwitten die in deze verschillende EV's werden gevonden, waren heel verschillend. Dit heeft belangrijke implicaties voor intercellulaire communicatie die niet beperkt is tot de nieren.

"Deze ectosomen zitten niet alleen in de urine, maar ze zitten waarschijnlijk ook in het bloed en kunnen een rol spelen in de biologie van veel systemen, inclusief kanker, ", zegt Lipschütz.

Omdat de meeste cellen een primaire cilium hebben, defecten in trilhaartjes kunnen veel verschillende weefseltypes aantasten. In de toekomst, Lipschutz is van plan om samen te werken met andere onderzoekers van MUSC om EV's in andere weefsels met aangetaste trilharen te onderzoeken, inclusief oog- en hartweefsels.

"Deze organellen, die 20 jaar geleden mensen schreven waren evolutionaire overblijfselen, zoals de appendix van organellen, zijn niet alleen mechano- en chemosensoren, maar zijn ook betrokken bij het maken van een aanzienlijk deel van de EV's die centraal betrokken zijn bij celsignalering, " zegt Lipschutz. "Ik denk dat we steeds meer dingen ontdekken die cilia, die tussen de 500 en 1000 eiwitten bevatten, doen en hoe belangrijk ze zijn."