Pod powierzchnią maleńkiego, przezroczystego robaka Caenorhabditis elegans badacze odkryli nowe wskazówki dotyczące tego, jak pewne włosowate struktury na komórkach, zwane rzęskami – maleńkie wypustki, które pomagają komórkom wyczuwać otoczenie i przenosić materiały – rosną w zsynchronizowany sposób. Struktury te pomagają robakowi wykrywać otoczenie i często rosną obok siebie w pasujących parach. Do tej pory tajemnicą było, w jaki sposób te pary pozostają wyrównane w miarę wzrostu. Naukowcy dowiedzieli się teraz, że białko znane jako ARL13B, które bierze udział w organizowaniu i sygnalizowaniu tych struktur, odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu tym równoległym wzrostem. Jest to wzór, który opisują jako „zestawne wydłużanie rzęsek i rzęsek” – co oznacza, że ​​dwie sąsiadujące rzęski rosną równolegle ze sobą.

Naukowcy z Uniwersytetu Abdullaha Gul badacze Merve Gul Turan, Hanife Kantarci, dr Sebiha Cevik i dr Oktay Kaplan badali to zjawisko oraz sposób, w jaki ARL13B wraz z innymi cząsteczkami wspomaga skoordynowany wzrost rzęsek. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie iScience.

Przyglądając się uważnie za pomocą specjalnych świecących znaczników pod mikroskopem – narzędzia wykorzystującego światło fluorescencyjne do podświetlania określonych części komórek – naukowcy prześledzili, w jaki sposób niektóre komórki nerwów czuciowych robaka powiększają swoje rzęski w pasujących parach. W głowie robaka wypustki te rozciągają się obok siebie, a w ogonie tworzą struktury w kształcie litery Y. Chociaż rzeczywista długość każdej rzęski może się różnić, wzór wzrostu w parach pozostaje taki sam. Jednakże, gdy brakowało białka ARL13B, rzęski nie spotykały się już prawidłowo i w wielu przypadkach wskazywały w różnych kierunkach.

Co ciekawe, to niewspółosiowość wystąpiła, mimo że rzęski pozostały mniej więcej tej samej długości, co u robaków z normalnym ARL13B. Odkrycie to pokazuje, że rola białka nie polega tylko na tym, jak długo rosną rzęski, ale także na pomaganiu im w dotrzymywaniu kroku. „Nasze analizy genetyczne pokazują, że ARL-13 wpływa na wydłużanie sąsiadujących rzęsek niezależnie od długości rzęsek” – powiedział dr Kaplan.

Naukowcy odkryli również, że przerwanie działania grupy białek pomocniczych zwanej kompleksem białek zespołu Bardeta-Biedla – zbioru białek pomagających w transporcie materiałów wewnątrz rzęsek – może faktycznie poprawić problem wyrównania u robaków pozbawionych ARL13B. Wskazuje to na możliwy związek między pracą ARL13B a ​​zmianami w zewnętrznej warstwie rzęsek, zwanej błoną rzęskową, która działa jak skóra wokół tej struktury. „Sugerujemy, że ARL-13 przyczynia się do wydłużenia rzęsek i rzęsek, częściowo poprzez modulację błony rzęskowej” – wyjaśnił dr Cevik.

Wprowadzenie białka ARL13B z powrotem do robaków przywróciło prawidłowe ustawienie par rzęsek. Potwierdziło to znaczenie tego pojedynczego białka w utrzymaniu koordynacji rzęsek. Zespół przetestował także inne geny, o których wiadomo, że wpływają na długość wzrostu rzęsek, takie jak zależna od cykliny kinaza podobna 1 – gen zaangażowany w regulację aktywności komórek – i wadliwe białko wypełniające barwnik 5, które odgrywa rolę w budowie rzęsek. Geny te nie miały jednak wpływu na kwestię wyrównania, co sugeruje, że różne szlaki biologiczne kontrolują długość rzęsek i wzrost obok siebie.

Niektóre kombinacje zmian genowych powodowały jeszcze bardziej zauważalne problemy. Usunięcie zarówno ARL13B, jak i innego genu, nefronoftyzy 2 – genu powiązanego z chorobą nerek, która wpływa również na rzęski – pogorszyło dopasowanie. Kiedy usunięto również trzeci gen, deacetylazę histonową 6, która pomaga regulować białka i strukturę komórki, rzęski stały się dłuższe, ale nadal nie udało się ich wyrównać. Wyniki te sugerują, że ARL13B jest częścią szerszej sieci białek, które pomagają w utrzymaniu prawidłowego układu rzęsek.

Aby lepiej zrozumieć rolę zewnętrznej powierzchni rzęsek, naukowcy przyjrzeli się konkretnej substancji tłuszczopodobnej zwanej markerem lipidowym, która zwykle pozostaje na zewnątrz rzęsek. W przypadku braku ARL13B substancja ta pojawiła się wewnątrz rzęsek, sygnalizując zmianę w zachowaniu błony. Kiedy u tych mutantów usunięto kompleks białkowy zespołu Bardeta-Biedla, lipid ten powrócił na swoje zwykłe miejsce, co potwierdza tezę, że ARL13B pomaga zarządzać błoną rzęsek.

Odkrycia dr Kaplana i jego kolegi mocno potwierdzają tezę, że ARL13B pomaga organizować rzęski poprzez zmiany na powierzchni rzęsek, a nie tylko w ich wewnętrznej strukturze. Doktor Kaplan uważa, że ​​inne lepkie cząsteczki, zwane cząsteczkami adhezyjnymi, które pomagają komórkom łączyć się ze sobą, mogą również pomóc w utrzymaniu ścisłego wiązania między sparowanymi rzęskami i powinny zostać zbadane w przyszłych badaniach.

Odniesienie do czasopisma

Turan MG, Kantarci H., Cevik S., Kaplan OI „ARL13B reguluje zestawieniowe wydłużanie rzęsek i rzęsek w sposób zależny od kompleksu białkowego zespołu Bardeta-Biedla u Caenorhabditis elegans.” iScience, 2025. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.111791

O Autorach

Doktor Sebiha Cevik jest biologiem molekularnym i czołowym badaczem na Uniwersytecie Abdullaha Gula w Turcji, gdzie koncentruje się na mechanizmach komórkowych stojących za rzadkimi chorobami genetycznymi. Jej prace badają, w jaki sposób struktury komórkowe, takie jak rzęski, wpływają na zdrowie i rozwój człowieka, ze szczególnym uwzględnieniem ich roli w funkcjonowaniu zmysłów i chorobach. Dr Cevik jest autorem kilku wpływowych badań w tej dziedzinie i aktywnie wspiera młodych naukowców w badaniach biomedycznych.

Doktor Oktay Kaplan jest genetykiem na Uniwersytecie Abdullaha Gula, znanym ze swoich prac nad biologią rzęsek i organizacją komórkową. Jego badania badają, w jaki sposób sygnały molekularne koordynują rozwój i strukturę mikroskopijnych projekcji komórkowych, pogłębiając naszą wiedzę na temat chorób genetycznych związanych z dysfunkcją rzęsek. Dr Kaplan jest również uznawany za tworzenie innowacyjnych narzędzi obrazowania i genetycznych do badania żywych organizmów modelowych, takich jak Caenorhabditis eleganckie.