Назад
Цзин Хьюз, эндокринолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, работала в лаборатории допоздна, получая изображение ресничек в бета-клетках поджелудочной железы мыши.
Считалось, что эти реснички, представляющие собой крошечные волосовидные органеллы, являются статичными сенсорами, которые помогают поджелудочной железе контролировать уровень глюкозы в крови, но неподвижные реснички в целом мало изучены по сравнению с их подвижными аналогами. Поэтому целью Хьюз было наблюдение и регистрация распределения этих "первичных" ресничек внутри четко очерченных скоплений клеток органа, называемых островками. Затем она увидела, как одна из них зашевелилась. "Сначала я не поверила", - говорит Хьюз. Она допоздна работала над микроскопией, объясняет она, поэтому "я подумала, что просто устала. Эти штуки не должны были двигаться".
Заинтригованные, Хьюз и коллеги исследовали реснички поджелудочной железы в различных условиях, наблюдая одно и то же движение снова и снова, о чем команда сообщает (23 сентября) в журнале Nature. Исследование знаменует собой первый случай, когда ученые предположили, что реснички поджелудочной железы - да и вообще любые первичные реснички - могут двигаться в результате силы, возникающей внутри структур. Это активное движение, по словам Хьюз, также играет важную роль в регулировании секреции инсулина.
Полученные результаты потрясли научное сообщество, рассказывает Хьюз в интервью. Внимательное изучение органелл показало, что они представляют собой своего рода гибрид между первичными и подвижными ресничками с молекулярными и структурными аспектами тех и других, что нарушает давно устоявшуюся бинарную сортировку ресничек. "Мы получили отпор от рецензентов. . . . Многие из них просили нас действительно защитить наше определение этой гибридной реснички, спрашивая: "Откуда вы знаете, что это не случайность?" - добавляет она.
Рон Орбах, биолог из Йельского университета, который не участвовал в исследовании, признается, что тоже был удивлен. "У вас есть яблоки, есть апельсины. Это две разные вещи. Но теперь мы видим, что есть и нечто среднее", - говорит он.
После своего ночного наблюдения Хьюз и ее коллеги начали свое исследование с визуализации первичных ресничек в панкреатических островках человека и мыши. Каждая ресничка обычно организована по определенной схеме, называемой "9+0", где девять сросшихся пар микротрубочек образуют полый цилиндр. Однако, к удивлению ученых, реснички клеток поджелудочной железы отклонялись от этого ожидаемого расположения и имели восемь внешних дублетов микротрубочек и центральный дублет или синглет микротрубочек.
Исследователи также использовали иммунофлуоресцентную микроскопию для визуализации белков в живых бета-клетках. Они заметили, что реснички содержат моторные белки, которые отвечают за активное движение в так называемых подвижных ресничках, известных тем, что они покачиваются и наблюдаются только в легких, среднем ухе и дыхательных путях. "Это снова стало большим сюрпризом. Мы думали, что найдем один или два [моторных белка]. На самом деле мы нашли целую группу", - говорит Хьюз.
Когда Хьюз и ее коллеги удаляли эти белки путем целенаправленной генетической делеции, движение ресничек бета-клеток прекращалось. А когда команда подвергла бета-клетки с дефицитом моторных белков воздействию порции глюкозы, чтобы вызвать секрецию инсулина, они заметили, что ключевой этап этой реакции - приток кальция - был замедлен. Это показало исследователям, что моторные белки необходимы для движения ресничек, и что эти органеллы не двигаются пассивно, основываясь на потоке жидкости вокруг них. Вместо этого они наблюдали ранее неизвестный вид ресничек, которые могли не только чувствовать окружающую среду, но и реагировать на нее, модулируя функцию бета-клеток.
Хотя, по словам Орбаха, предстоит еще много работы, чтобы выяснить, как структурное расположение этого нового типа ресничек регулирует их движение, он говорит, что это исследование открывает много новых дверей. Хьюз также воодушевлена. В настоящее время ее группа сосредоточена на работе, которая позволит доказать функциональность движения ресничек на живой животной модели. "Я думаю, как и в любой другой области, требуется много работы, чтобы доказать или опровергнуть догму. . . . Я надеюсь, что многие коллеги объединят усилия и начнут изучать этот вопрос", - говорит она.
Jung Hoon Cho et al. Подвижность первичных ресничек островков контролирует секрецию инсулина (аннотация).
Первичные реснички являются специализированными органеллами клеточной поверхности, которые опосредуют сенсорное восприятие и, в отличие от подвижных ресничек и жгутиков, считаются лишенными функции движения. В данном исследовании мы показали, что первичные реснички в панкреатических островках человека и мыши демонстрируют движение, необходимое для глюкозозависимой секреции инсулина. Первичные реснички островков содержат моторные белки, консервативные по отношению к белкам, обнаруженным в классических подвижных ресничках, а их трехмерное движение управляется динеином и зависит от аденозин-5′-трифосфата и метаболизма глюкозы. Ингибирование движения ресничек блокирует приток кальция в бета-клетки и секрецию инсулина. Бета-клетки человека имеют обогащенную экспрессию генов ресничек, а гены подвижных ресничек изменяются при диабете 2 типа.
Наши результаты дают новое определение первичным ресничкам как динамическим структурам, обладающим как сенсорной, так и подвижной функцией, и устанавливают, что движение ресничек панкреатического островка играет регуляторную роль в секреции инсулина.
