ゼノパス多繊毛上皮における繊毛再生のメカニズム

核心概念

多繊毛細胞は、繊毛軸索の再生に先立って移行域の再組み立てが遅れるが、繊毛先端タンパク質は迅速に再局在する。また、新規タンパク質合成なしでも繊毛の再生が始まるが、完全な再生には新規合成が必要である。

摘要

本研究では、ゼノパスの多繊毛細胞を用いて、繊毛の再生メカニズムを明らかにした。

1. 繊毛の脱落により、移行域(TZ)と繊毛軸索が同時に失われる。
2. 繊毛軸索の再生は迅速に始まるが、TZの再組み立ては遅れる。一方、繊毛先端タンパク質は迅速に再局在する。
3. TZ蛋白質B9d1は新規合成を必要とし、既存のプールはない。
4. 新規タンパク質合成を阻害すると、繊毛数は減少するが長さは維持される。数学モデルから、繊毛長さが繊毛運動力に大きく寄与することが示された。
5. 新規タンパク質合成がない条件下では、細胞は限られたタンパク質プールを特定の基底小体に集中させ、少数の長い繊毛を再生する。

以上より、多繊毛細胞の繊毛再生には、TZの再組み立てよりも繊毛軸索と先端の再生が先行し、新規タンパク質合成が完全な再生に必要であることが明らかになった。

統計資料

脱繊毛直後の多繊毛細胞では、移行域(TZ)のマーカーB9d1シグナルが完全に消失している。
繊毛再生1時間後でも、B9d1シグナルは検出されないが、アセチル化チューブリンシグナルは回復している。
繊毛再生3時間後には、B9d1シグナルが部分的に回復し、6時間後にはほぼ野生型レベルに達する。
繊毛再生1時間後の多繊毛細胞では、繊毛先端タンパク質のSentanとClampが繊毛全長に局在している。

引述

"脱繊毛により、移行域(TZ)と繊毛軸索が同時に失われる。"
"繊毛軸索の再生は迅速に始まるが、TZの再組み立ては遅れる。"
"TZ蛋白質B9d1は新規合成を必要とし、既存のプールはない。"
"新規タンパク質合成を阻害すると、繊毛数は減少するが長さは維持される。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Mechanisms of cilia regeneration in Xenopus multiciliated epithelium in vivo

by Rao,V. G., S... 於 www.biorxiv.org 06-14-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.06.14.544972v2

深入探究

繊毛の再生過程において、移行域(TZ)の役割はどのように変化するのか?

本研究によると、Xenopusの多繊毛細胞(MCCs)において、繊毛の再生過程において、移行域(TZ)の役割は興味深い変化を示しています。通常、繊毛の再生はTZの再構築を必要とすると考えられてきましたが、実際には、TZの再構築は遅れています。TZは、繊毛軸索の再生がすぐに始まる一方で、TZの組み立てが遅れています。しかし、繊毛先端タンパク質であるSentanとClampは、遅延なく再生繊毛に局在しています。さらに、新規タンパク質合成を阻害するCycloheximide(CHX)を使用して、TZタンパク質B9d1が繊毛前駆体プールの一部ではなく、新規の転写/翻訳を必要とすることが示されました。これにより、TZの修復が遅れるメカニズムに洞察が得られます。

繊毛の長さと数の最適化メカニズムはどのように機能しているのか?

新規タンパク質合成を阻害した際の繊毛の長さと数の最適化メカニズムは、Xenopus MCCsにおいて興味深い結果を示しています。CHX処理により、繊毛の再生中に新規タンパク質合成が阻害されると、MCCsは少ないがより長い繊毛を再生する傾向があります。この結果から、MCCsは、長い繊毛を多くの短い繊毛よりも好むことが示唆されます。さらに、数の減少と長さの増加が相関しており、長さが力の発生に重要な要素であることが示唆されています。数の減少は、利用可能なタンパク質プールへの競合のため、他の短い繊毛が吸収されることを意味します。

繊毛の長さと数が細胞機能に及ぼす影響について、他の細胞システムでも同様の最適化が行われているのか?

繊毛の長さと数が細胞機能に及ぼす影響について、他の細胞システムでも同様の最適化が行われている可能性があります。例えば、Chlamydomonasなどの他の生物でも、繊毛の再生や機能において同様の最適化メカニズムが存在する可能性が考えられます。これらの研究結果は、細胞が繊毛の数と長さを最適化して機能を最大化する方法に関する重要な洞察を提供しており、他の生物においても同様のメカニズムが存在する可能性があります。