(整理)纖毛綜述

1、精品文檔纖毛及其相關(guān)研究摘要纖毛分布于哺乳動物體內(nèi)的大多數(shù)細胞，它是一種廣泛存在于各種細胞表面的細胞器，體形微小但結(jié)構(gòu)復(fù)雜作用強大具有重要的感官作用，能感知細胞外機械和化學(xué)信號變化并協(xié)助其轉(zhuǎn)導(dǎo)至細胞內(nèi)部從而引起細胞應(yīng)答。近年來研究發(fā)現(xiàn)，很多人類疾病都與纖毛結(jié)構(gòu)、長度的失調(diào)相關(guān)，而Hedgehog等多種發(fā)育信號通路的運行和調(diào)控依賴于初級纖毛，決定了它在人體許多組織和器官的發(fā)育成形及正常生理活動中扮演重要角色，所以有關(guān)纖毛的研究是目前研究的熱點領(lǐng)域。本文對纖毛的結(jié)構(gòu)、組裝與解聚的機制、參與信號傳導(dǎo)的功能以及纖毛缺陷同人類疾病的關(guān)系等進行簡單綜述。關(guān)鍵詞纖毛；初級纖毛；纖毛功能；纖毛相關(guān)疾病前言纖毛

2、(cilia)是一種突出于細胞表面的呈毛發(fā)狀的細胞器長度從幾微米到2mm不等,直徑約0.25它是一種非常保守的細胞器官從原生生物到哺乳動物細胞都存在，在脊椎動物成體中幾乎所有類型的細胞表面都具有纖毛I。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能纖毛分為運動纖毛節(jié)點纖毛和初級纖毛(primarycilia)或稱靜止纖毛(immotilecilia)，多數(shù)脊椎動物細胞可在其生命歷程的一些特定時期表達初級纖毛每個細胞僅能有1根初級纖毛口。現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，纖毛在增殖，分化，許多類型的細胞的功能方面扮演重要的角色。正文纖毛的結(jié)構(gòu)纖毛結(jié)構(gòu)的形態(tài)一般從超微結(jié)構(gòu)的研究取得了能動的纖毛或鞭毛。這些傳統(tǒng)的超微結(jié)構(gòu)的研究正在延伸到分子結(jié)構(gòu)的

3、分子研究，以闡明規(guī)范初級纖毛。在這方面，哺乳動物的蛋白質(zhì)組學(xué)分析初級纖毛與感覺纖毛和能動的纖毛提供了見解初級纖毛功能4。纖毛結(jié)構(gòu)大體上可以分為三部分：軸絲、纖毛基質(zhì)和纖毛膜。軸絲是由從基體(basalbody)開始組裝的9排環(huán)形排列的雙聯(lián)體微管束及其附屬蛋白構(gòu)成的，環(huán)形的中心常常存在一對中心微管；纖毛基質(zhì)填充在軸絲和纖毛膜之間；纖毛膜是細胞膜的延伸(成分與細胞膜不太一致),均勻地包裹著軸絲。初級纖毛的軸絲結(jié)構(gòu)為9+0相比運動纖毛的9+2軸絲它僅有9個外周二聯(lián)微管而缺少了2個中心微管同時也缺少了動力臂及伸向中心微管的輪輻結(jié)構(gòu)因此不具有運動活性5,6。初級纖毛的組裝和分解目前的共識是初級纖毛可存在

4、于除有絲分裂期M和分裂間期早期G0外細胞周期的所有階段甚至離開細胞周期的已分化細胞；組裝發(fā)生在細胞周期結(jié)束時而分解發(fā)生在重新進入細胞周期時即有絲分裂紡錘體出現(xiàn)之前。在G1-S期的轉(zhuǎn)化之前纖毛化的一個短暫高峰可能與進入DNA復(fù)制期緊密偶聯(lián)向。纖毛的出現(xiàn)與細胞分裂是負(fù)相關(guān)的，在細胞分裂間期，中心體的一個或兩個中心粒轉(zhuǎn)化為基體，纖毛以基體為基礎(chǔ)，開始組裝產(chǎn)生。最新的研究顯示,咼爾基體和細胞內(nèi)的膜泡運輸體系參與了纖毛的組裝。在高爾基體到纖毛的膜泡運輸體系中，巴德-畢氏綜合征(Bardet-Biedlsyndrome，BBS)相關(guān)蛋白BBS蛋白復(fù)合體和Rab8a參與調(diào)控了膜泡的定位和融合。高爾基體產(chǎn)生的

5、膜泡會運輸?shù)交w,為纖毛組裝提供必需的膜成分和膜蛋白。其他的纖毛前體蛋白，在細胞質(zhì)中也會在基體附近富集。纖毛形成的關(guān)鍵蛋白IFT(intraflagellartransport)成分IFT20就同時定位在高爾基體和纖毛上。初級纖毛自身不能合成其組裝維持和分解所需的蛋白質(zhì)必須依賴于鞭毛內(nèi)運輸IFT系統(tǒng)7,9。目前，有關(guān)纖毛分解的機制了解得還不是很多。有研究表明，纖毛的分解則由一個定位于中心體的蛋白激酶極光激酶A(AuroraA)發(fā)起它能使軸絲微管去乙?；瘡亩鴮?dǎo)致初級纖毛的快速瓦解門0，11。但其中具體的機制以及乙酰化微管蛋白是否如何起拮抗作用還有待進一步研究。參與信號傳導(dǎo)的功能對于多細胞生物而言

6、，其細胞表面的纖毛可以通過撥動表面的液體來發(fā)揮功能。呼吸道上皮細胞生長著眾多纖毛，這些纖毛有序的擺動可以將呼吸道中的灰塵和細菌排出。在脊椎動物發(fā)育過程中，纖毛的運動也發(fā)揮著重要的作用，胚節(jié)細胞表面的單纖毛可以產(chǎn)生額外的胚胎液流，這種液體流決定了動物的左右不對稱發(fā)育。高等動物的視覺觸覺和嗅覺的實現(xiàn)，都離不開纖毛結(jié)構(gòu)和功能的正常。哺乳動物視覺色素更新是通過纖毛運輸實現(xiàn)的，嗅覺受體就分布在嗅覺系統(tǒng)上皮細胞的纖毛上，聽覺系統(tǒng)的發(fā)育是其動纖毛調(diào)控的，所以纖毛的缺陷常會造成這三大感知系統(tǒng)的失常。13初級纖毛膜上分布著多種受體和離子通道包括HedgehogHh和Wnt信號通路的組成部件血小板源性生長因子受體

7、PDGFR生長抑素受體5-羥色胺受體多囊蛋白PC1和PC2JS蛋白等。：12因初級纖毛也存在于干細胞，對于組織的維持和再生也十分重要。多種發(fā)育信號的應(yīng)答必須依賴于初級纖毛最重要的是Hedgehog信號通路此外還包括Wnt信號通路，PDGF介導(dǎo)的信號通路等。14與纖毛相關(guān)疾病原生纖毛具有調(diào)控細胞分裂，Hedgehog信號通路，非經(jīng)典Wnt信號通路及鈣信號傳導(dǎo)等的作用.纖毛及其附屬結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)或功能上的缺陷會導(dǎo)致多種多樣的疾病，總稱為“纖毛相關(guān)疾病”包括男性不育癥、呼吸道疾?。ㄈ绮粍永w毛綜合征、腎囊腫、失明、多指（趾）癥、內(nèi)臟轉(zhuǎn)位、肥胖癥、高血壓乃至精神發(fā)育遲滯等.這里著重說一下青春期腎耗病與纖毛。

8、纖毛與多囊腎有著密不可分的關(guān)系。纖毛與多囊腎的關(guān)系表現(xiàn)如下：首先，多囊腎致病基因PKD1和PKD2編碼的蛋白PC1和PC2定位于纖毛中；其次，纖毛形成所必需的蛋白如纖毛內(nèi)運輸復(fù)合物（intraflagellatransport,IFT）發(fā)生突變會導(dǎo)致多囊腎的形成；最后，其他伴有多囊腎癥狀的疾病如Bardet-Biedl綜合征（BBS）、Joubert綜合征，也發(fā)現(xiàn)有纖毛的異常。因此，多囊腎也屬于纖毛類疾?。╟iliopathy）的一種，研究纖毛結(jié)構(gòu)和功能的機制與研究多囊腎的機制是密不可分的。“展望由于對纖毛的研究起步較晚，這種具有超過1000種蛋白、在多種細胞活動中發(fā)揮功能的重要細胞器官，其復(fù)

9、雜而保守的調(diào)控機制還籠罩在神秘的面紗之下，給纖毛相關(guān)疾病的預(yù)防和治療帶來了極大的障礙。生物體內(nèi)的任何一條信號通路的調(diào)節(jié)都不是通過幾個調(diào)控分子的簡單作用而實現(xiàn)的，需要多種分子的協(xié)同作用。在纖毛研究的模式生物方面除了傳統(tǒng)的對衣藻的研究法國和波蘭的科學(xué)家精品文檔還利用新的高通量草履蟲纖毛數(shù)據(jù)通過各種來源的合成異構(gòu)數(shù)據(jù)源開發(fā)了一種新型的多功能數(shù)據(jù)庫Cildb，相信這些努力將對推動纖毛相關(guān)領(lǐng)域的進一步探索研究具有積極意義并將為纖毛相關(guān)疾病的干預(yù)和治療提供更廣闊的前景。纖毛研究的必要性和緊迫性已經(jīng)是科學(xué)界的共識。關(guān)注纖毛、研究纖毛將為人類認(rèn)知生命的過程和健康事業(yè)的發(fā)展作出很大的貢獻。本實驗室，目前使用3T

10、3-L1細胞，研究纖毛與自噬的一些關(guān)系，亦希望對纖毛有更加深入的了解。參考文獻1MaoZG,StreetsAJ,OngACM.ThiazolidinedionesinhibitMDCKcystgrowththroughdisruptingorientedcelldivisionandapicobasalpolarityJ.AmJPhysiolRenalPhysiol,2011,300:F1375-384SatirP,ChristensenST.SatirP,ChristensenSTStructureandfunctionofmammalianciliaJ.HistochemCellBiol,

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