下游信号：纤毛释放外体以在肾脏中传递重要信息

 
MDCK细胞中Exoc5-myc(囊泡的一种成分)的免疫金标记显示，沿初级纤毛(箭头)和相关囊泡(箭头)出现黑点。图像以53,400X的放大倍率拍摄。图片来源：此图片先前以低放大倍数发表在《细胞分子生物学》中(Zuo，X.，Guo，W.，Lipschutz，J.H. 2009. Cell Molecular Biology of the Cell。20：2522-2529)，并经允许使用。尽管纤毛已经为科学家们了解了100多年，但直到最近才认识到纤毛在生理学中起着重要作用。实际上，每个细胞都有一个初级纤毛，该纤毛的功能是感应流体流动，将化学信号传递给其他细胞并控制细胞的生长。纤毛功能的缺陷会导致一类称为纤毛病的疾病，包括多囊肾，原发性睫状运动障碍和Bardet-Biedl综合征。
细胞外囊泡(EVs)是带有蛋白质，脂质和核酸的复杂货物的膜结合载体，在远距离细胞通讯中起作用，但是纤毛如何促进EV的产生在科学界尚不清楚。南卡罗来纳州医科大学(MUSC)研究人员的最新研究成果于11月6日在线发表在《生物化学杂志》上，该研究表明原发纤毛产生了约60%的肾小管细胞和纤毛操纵的小型电动汽车。长度会影响电动汽车的生产。此外，电动汽车的蛋白质含量取决于纤毛的长度而有很大差异。
“多年来，人们一直以为电动汽车代表着垃圾处理系统，这是电池摆脱不需要的东西的一种方式。但是我认为，很明显，小型(50-150nm)电动汽车是主要的电动汽车之一。细胞信号传导机制。”医学博士Joshua H. Lipschutz，亚瑟·威廉姆斯(Arthur V. Williams)主席兼MUSC肾脏病学部主任说。 “这是哺乳动物细胞中的第一个真正的证明，外泌体是外显体，外泌体是外显体，外泌体是原纤毛产生的，而外泌体的大小相似，但在细胞的多囊体中形成。”
纤毛形成的关键组成部分(纤毛生成过程)之一是囊泡，囊泡是一种高度保守的八蛋白复合物，最早在酵母中发现。先前的研究表明，囊外复合物成分5(EXOC5)的丢失(构成囊外的八种蛋白质之一)会导致纤毛非常短或没有产生。相反，EXOC5表达的增加导致纤毛延长。
在他们目前的工作中，Lipschutz及其同事将这些数据进一步向前迈进了一步，并研究了囊泡对电动汽车生产的贡献。他们比较了三类细胞：正常的肾细胞，丢失EXOC5的肾细胞和比正常细胞多的EXOC5。所有这三个组之间都存在显着差异。丢失EXOC5的细胞的纤毛非常短或缺失，并且产生的EV更少。另一方面，制造更多EXOC5的细胞的纤毛更长，并且产生的电动汽车明显更多。在这些不同条件下对电动汽车的蛋白质含量进行的分析显示出巨大差异，这表明这些电动汽车向其他细胞发出信号的能力在每种条件下都不同。
研究人员随后扩展了他们的工作。他们生成的肾细胞失去了鞭毛内转运蛋白88(IFT88)的表达，鞭毛内转运蛋白88(IFT88)也需要适当的纤毛形成。这些电池再次显示出EV产量的减少，就像在EXOC5减少的条件下看到的那样。最后，研究人员制造了一只在近端肾小管肾细胞中特异耗竭了EXOC5的小鼠，结果表明，从这些小鼠的尿液中分离出的EV与正常小鼠的EV具有不同的蛋白质含量，并且在细胞系中观察到许多相同的变化。
Lipschutz说：“令人兴奋和令人惊讶的是，这么多小型电动汽车似乎都是外来体，因为纤毛仅占细胞膜的0.2%，但却是电动汽车生产的主要驱动力之一。”
总之，Lipschutz及其同事将哺乳动物原发纤毛的存在和长度与电动汽车生产联系在一起。 EXOC5或IFT88的丢失会导致产生较少EV的纤毛变短，而EXOC5的存在会导致产生更多EV的纤毛变长。重要的是，在这些各种电动汽车中发现的蛋白质非常不同。这对不仅限于肾脏的细胞间通讯具有重要意义。
Lipschutz说：“这些囊泡不仅存在于尿液中，而且还可能存在于血液中，并且可能在包括癌症在内的许多系统的生物学中发挥作用。”
因为大多数细胞具有初级纤毛，所以纤毛的缺陷会影响许多不同的组织类型。 未来，Lipschutz计划与MUSC的其他研究人员合作，检查纤毛受损的其他组织（包括眼和心脏组织）中的EV。
“ 20年前人们在写作的这些细胞器就像细胞器的附录一样，是进化的产物，不仅是机械传感器和化学传感器，而且还参与制造了大部分与细胞信号有关的电动汽车。” Lipschutz。 “我认为我们正在发现越来越多的纤毛，它们含有500到1000种蛋白质，并且它们的重要性。”