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中心粒向嗅觉上皮顶端表面的长距离迁移

Kaitlin Ching, Jennifer T. Wang, Tim Stearns

预印本发布于2021年10月13日https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.10.12.464082v1

文章现在发表在eLifehttp://dx.doi.org/10.7554/eLife.74399

中心粒沿鼻部穿梭-多感觉纤毛形成的局部成熟

选择 Mafalda皮门特尔

背景

我们的嗅觉依赖于嗅觉olfactory年代ensoryn嗅觉上皮中的神经元(OSNs)。这些神经元的树突一直延伸到顶端表面,形成一个球形突起,露出多个带有气味受体的纤毛(图1)。

图1 -嗅上皮组织示意图。公关ogenitor细胞(白色)位于上皮基底,核沿OSN分化和树突延伸向顶端侧迁移。资料来源:Ching et al. 2021 bioRxiv,图1

由于每个纤毛基部有一个中心粒,而细胞通常有两个中心粒,这些中心粒需要放大才能形成多个纤毛。有趣的是,这种扩增发生在位于嗅觉上皮底部的分裂前体细胞中1.这意味着OSN中心粒需要迁移几十微米到顶端表面,Ching等人在本预印本中揭示了这一过程。

重要发现

为了解决OSN分化过程中中心粒的数量,作者使用了扩展显微镜和eGFP-centrin2成年小鼠。祖细胞平均有26.4个中心粒。在成熟的osn中,这些中心粒不断扩增,平均每个旋钮有36.46个中心粒。令人惊讶的是,纤毛的平均数量略低(30.54),并且与中心粒数量无关,这表明纤毛数量可能受到其他机制的调控。

利用体外活体成像系统,作者观察到中心粒沿着未成熟osn生长的树突簇缓慢移动(0.18um/min)。迁移中心粒的聚集可能不依赖于黏聚纤维(CROOC/rootletin),因为这些纤维在树突中未被检测到。

中心粒组成通常会随着细胞周期的进展而改变——用作支架的早期蛋白丢失,中心体和纤毛功能所需的新蛋白被招募。这种中心粒成熟过程也在osn中观察到,因为位于旋钮的中心粒缺乏生物发生蛋白SAS6和STIL,但有γ -微管蛋白和中心周成分CDK5RAP2。在早期的旋钮中,只有亲本中心粒具有远端附属物,因此具有纤毛的能力。剩余的中心粒最终获得基底足,并形成多个纤毛用于嗅觉功能。

为了干扰微管动力学,作者开发了一种外植体培养系统,在该系统中,解剖的上皮细胞被放置在模拟嗅觉环境的气液界面的transwell过滤器中。微管稳定剂紫杉醇处理外植体导致中心粒在根尖表面下积累,这表明动态微管是有效运输中心粒到旋钮的必要条件。

图2 -嗅纤毛形成的不同步骤总结。在细胞最后一轮分裂和分化之前,中心粒在祖细胞中被扩增。中心粒成群地沿着延伸的枝晶迁移。在顶端,亲本中心粒首先形成纤毛,一旦这些中心粒成熟,扩增后的中心粒随之和解。资料来源:Ching et al. 2021 bioRxiv,图6

我喜欢这个工作的原因

由于缺乏三维分辨率和时间控制,研究复杂脊椎动物组织的亚细胞结构具有挑战性。作者成功地实现了必要的技术进步,解剖嗅觉上皮中的中心粒生物学。这些方法将有助于研究这一重要的外部表面,嗅和病原体暴露发生。这项开创性的工作也引出了许多有趣的问题,下面将讨论。

未来面临的问题

  1. 很有趣的是,中心粒在旋钮中成熟,类似于树突棘发育的局部转换。这种“局部成熟”可能是必要的,以确保纤毛没有错位。基底足和根状突起mrna在树突节中富集吗?
  2. 另一个有趣的观察是纤毛数量在35左右明显的“盖顶”,独立于过多中心粒的存在。纤毛的数量可能受旋钮表面积和组织力学的限制,尽管旋钮本身也可能受中心粒数量的调节。没有纤毛的中心粒是否经常缺失基足?
  3. 关于迁移本身,我们也可以想象中心粒搭便车到其他细胞器上,如高尔基细胞器(通过PCM)。中心粒群经常与其他细胞器共定位吗?
  4. 外植体培养系统是如此的酷和有这样的潜力!是否空气界面对于中心粒的有效迁移是必要的?去除亲本中心粒会影响其余中心粒的和解吗?

参考文献

  1. 中心粒在嗅觉感觉神经元的循环祖细胞中被扩增。公共科学图书馆生物学18e3000852(2020)。

标签:中心体纤毛细胞骨架微管神经元嗅觉感觉

发布日期:2021年11月3日

doi:https://doi.org/10.1242/prelights.30970

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