Jaką rolę odgrywa ketanina w rzęskach

Rzęski to ewolucyjnie konserwatywne, mikrotubulowe wypustki komórek. Wyróżnia się dwa typy rzęsek: ruchowe (motile cilia) i nie służące poruszaniu (immotile cilia), które spełniają funkcje zmysłowe. Rzęski nie służące poruszaniu występują w prawie wszystkich komórkach ludzkiego ciała. Szkielet mikrotubulowy rzęsek jest zbudowany z dziewięciu par mikrotubul peryferyjnych. W rzęskach ruchowych występuje dodatkowo para mikrotubul centralnych.

Wcześniejsze obserwacje wskazują, że bez mutacji białka rozdzielającego mikrotubule, kataniny p60 lub jego podjednostki regulatorowej p80, powstają rzęski bez pary mikrotubul centralnych. Finansowany przez UE projekt CP ASSEMBLY IN CILIA (Role of the tubulin posttranslational modifications and microtubule severing protein, katanin in the cilia central pair assembly) został powołany w celu zbadania roli białka rozdzielającego mikrotubule, kataniny, i roli modyfikacji tubuliny w składaniu mikrotubul CP.

Naukowcy przeanalizowali podjednostki p60 i p80 kataniny w komórkach Tetrahymena i wykazali, że mechanizmy molekularne, regulujące poziom kataniny i jej aktywność, są konserwatywne ewolucyjnie.

Dogłębna analiza domeny podjednostek kataniny wykazała, że N-końcowy fragment KAT1p, ortolog p60, jest wystarczający do związania z mikrotubulami, które ulega wzmocnieniu, jeśli ekspresji ulegają obie podjednostki kataniny. Wydłużona nadekspresja KAT3p, ortologu p80 u Tetrahymena, skutkuje inhibicją cytokinezy, co prowadzi do formowania wielojądrzastych komórek olbrzymich, podobnie jak w mutacjach knock-out KAT1. Ponadto nadekspresja jedynie fragmentu KAT3p zawierającego motywy WD40 wystarcza do fenokopii KAT1-KO.

Badanie in vitro wykazało, że mikrotubule w komórkach z nadekspresją acetylotransferazy alfa-tubuliny ulegały fragmentacji nieco szybciej niż w komórkach typu dzikiego. Podwyższony poziom acetylacji tubuliny nie miał wpływu na lokalizację kataniny. W komórkach z hiperglutamylowanymi mikrotubulami obniżenie poziomu ortologu p60, KAT1p, w rzęskach i ciałkach podstawowych nie wpłynęło jednak na lokalizację ortologu p80, KAT3p.

Naukowcy odkryli również, że w komórkach Tetrahymena poziom podjednostek kataniny jest regulowany przez zależną od 26S degradację białek.

Naukowcy przebadali również rolę homologa podjednostki p60 kataniny KATNAL2 i wykazali, że w komórkach Tetrahymena ortolog KATNAL2, KAT2p jest białkiem rzęskowym, które współwystępuje głównie z mikrotubulami peryferyjnymi, lecz również z centralnymi.

Te fundamentalne badania naświetliły istotność kataniny we właściwym składaniu i funkcjonowaniu rzęsek. Wyniki projektu CP ASSEMBLY IN CILIA pomogły naukowcom w zrozumieniu podstaw niektórych związanych z rzęskami objawów i chorób.