Cilia, kleine haar-achtige structuren die slijm uit van de luchtwegen drijven, eens moeten worden over de richting van de vloeistof stromen om dingen in beweging. Onderzoekers van het Salk Institute for Biological Studies ontdekte een nieuwe twee-staps mechanisme dat ervoor zorgt dat alle cilia verslagen in koor.
Hun studie, gepubliceerd in Nature, blijkt dat tijdens de vroege embryonale ontwikkeling, cilia punt min of meer in de richting van de rug van het lichaam einde en beginnen met het creëren van een zwakke stroom. Tijdens de volgende fase van verfijning, alle cilia in de rij en trim de zeilen aan de heersende winden.
"De achterste vooroordeel laat trilharen cellen produceren een directionele stroming, die dan optreedt in een positieve feedback loop", zegt Christopher R. Kintner, Ph.D., een professor in de Moleculaire Neurobiologie Laboratorium, die het onderzoek leidde. "Produceren als trilharen deze stroom, zij gevoel, hoewel we nog niet weten hoe, de richting van de stroming, en vervolgens opnieuw oriënteren zich om het te optimaliseren."
Hun bevindingen verklaren ook de frequent waargenomen verkeerde uitlijning van de cilia in primaire ciliaire dyskinesie (PCD), een ziekte die ciliaire doorstroming belemmert. PCD resulteert in steeds terugkerende infecties van de luchtwegen, middenoorontstekingen, mannelijke onvruchtbaarheid en in zeldzame gevallen hydrocefalie.
Elke volwassen trilharen cel heeft tot 200 trilharen, die hun bewegingen te coördineren te oriënteren hun effectieve slag in dezelfde richting als hun celgenoten en al de cilia op naburige cellen. Cilia beweging wordt aangedreven door een reeks van longitudinale microtubuli gerangschikt in 9 doubletten rondom een centraal paar. Een basale lichaam verankert deze microtubuli in de cel. Een zogenaamde basale voet, die steevast wijst in de richting van de effectieve slag, steekt aan de basis van elke cilium.
En hoewel er veel is bekend over de structurele details van cilia, het mechanisme waardoor trilharen epithelia het coördineren van de richting van hun slagen bleef onbekend. Maar voordat Kintner en zijn team konden tot op de bodem van de trilharen polariteit, moesten ze de hulp van elektronenmicroscopie expert Richard Jacobs, Ph.D., een onderzoeks-specialist in het lab van Howard Hughes Medical onderzoeker Charles Stevens, een professor in te roepen de Moleculaire Neurobiologie Laboratorium.
In samenwerking met de Kintner lab, Jacobs geholpen bij het ontwikkelen een test die manier konden postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur Brian Mitchell, Ph.D., de polariteit van de cilia vast te stellen met het noteren van de oriëntatie van de honderden basale voeten in Xenopus larven, die de huid bedekt is met multi-trilharen cellen.