纤毛及纤毛相关疾病研究进展

纤毛是一种以细胞微管为主形成的突出于细胞表面的结构,分布于哺乳动物体内的大多数细胞。近年来研究发现,很多人类疾病都与纤毛结构、长度的失调相关,所以有关纤毛的研究是目前研究的热点领域。越来越多的证据证明,纤毛除了提供流体推动力参与细胞的运动功能之外,还具有信号传导的功能,在细胞生命活动的各个方面发挥着多种关键作用。它参与调控细胞生理活动、增殖与分化以及动物个体发育。因此,深入地探索纤毛调控机理对基础生物学理论的发展和人类纤毛相关疾病的攻克有重要意义。该文简要介绍了纤毛的结构、组装与解聚的机制、参与信号传导的功能以及纤毛缺陷同人类疾病的关系。     

纤毛、纤毛发生与Wnt/PCP信号通路

纤毛是以微管为核心组分、突出于细胞表面且高度保守的细胞器,具有运动、摄食、感知并传递外界信号等功能。纤毛发生是纤毛在细胞膜表面定位并装配的过程。多年来,对纤毛发生过程及其调控机制的探索始终是亚细胞结构与功能研究的热点之一。Wnt/PCP信号通路是参与胚胎及器官发育的主要信号转导途径之一。近年来大量研究显示,Wnt/PCP信号通路和纤毛发生密切相关。纤毛结构与功能的异常可造成Wnt/PCP信号通路异常,导致纤毛相关疾病的发生;同时,Wnt/PCP信号通路又决定着纤毛的形态和极性。因此,深入研究纤毛与Wnt/PCP信号通路的关系将有助于从细胞与分子生物学水平揭示纤毛发生的调控机制。     

初级纤毛与Wnt信号通路相关性研究进展

初级纤毛是一类以微管为基础结构的细胞器,其来源于细胞的母中心粒,锚定在细胞膜并如“天线”般突出细胞表面。作为细胞感受器,初级纤毛从环境中接受各种信号,传导至细胞内引起细胞反应。近期的研究表明,初级纤毛对与胚胎发育密切相关的Wnt信号通路的传导起重要作用。纤毛的损害可造成Wnt信号通路的异常,并引起胚胎中多类脏器一系列的病理改变,导致初级纤毛相关疾病的发生。文章主要阐述了初级纤毛与Wnt/β-catenin、Wnt/PCP通路及初级纤毛相关疾病之间的关系,并对初级纤毛相关疾病的治疗进行了初步探讨。对初级纤毛与Wnt信号通路关系的深入研究将有助于人们对该类疾病的进一步诊断和治疗。     

BBS8蛋白参与衣藻鞭毛膜蛋白的运输

真核细胞的纤毛(也称鞭毛)是一种突出于细胞表面的极性细胞器,纤毛不仅参与细胞运动,还参与信号传导等过程,其结构或功能异常引发的一系列人类疾病称为"纤毛相关性疾病"。纤毛相关性疾病巴德-毕德氏综合征(Bardet-Biedl syndrome,简称BBS)由BBS相关基因缺陷导致,为了研究致病基因BBS8的生理作用和功能,构建模式生物莱茵衣藻BBS8基因缺陷突变体,利用性状观测和生化分析检测突变体的表现型和生理功能。免疫荧光表明BBS8蛋白是一种鞭毛蛋白且在基体有特异性定位;bbs8突变体感光极性运动消失,并在解聚诱导实验中鞭毛解聚缓慢;鞭毛的银染和质谱结果表明突变体的鞭毛膜蛋白在鞭毛内异常积累。文中通过实验证据说明BBS8蛋白在参与鞭毛内膜蛋白运输中起到重要作用,并极可能通过介导膜蛋白反向运输发挥生理功能。     

细胞纤毛在信号转导与器官发育中的作用与机制

纤毛(cilia)是细胞表面的突起状细胞器,几乎存在于所有细胞表面,且广泛分布于组织和器官的上皮.纤毛由外部的纤毛膜和内部的轴丝组成,结构在进化上十分保守.根据微管组成和排列方式的不同,纤毛可分为9+2型运动纤毛与9+0型基本纤毛或非运动纤毛.作为一种特殊的感受器,纤毛通过影响细胞信号通路参与胚胎形成、心脏等内脏器官发育及人体重要生理活动.本课题组在国际上首次把前列腺素信号通路与纤毛生长及心脏发育相联系.研究发现,ABCC4/LKT前列腺素转运蛋白从细胞内运输前列腺素E2(PGE2)至细胞外,并通过结合位于纤毛膜上的G蛋白偶联受体EP4影响细胞内c AMP浓度,调节纤毛内运输蛋白的正向速率,进而调控纤毛生长与心脏等器官的左右不对称性发育.纤毛生长或功能缺陷会引发先天性心脏病、多囊肾、视网膜变性等多种疾病.本文主要介绍纤毛参与调控细胞内信号转导与器官发育及相关纤毛疾病.     

漫话纤毛

纤毛是一种不可或缺的附属器官,纤毛摆动可产生生物电流,但它们的作用远不止此,新的研究表明,事实上,它们在发育和疾病产生过程中起着重要的作用。     

初级纤毛的结构与功能及其在运动系统疾病中的研究进展

纤毛是由微管组成,存在于大部分细胞表面呈头发状结构的细胞器。根据纤毛是否运动,可以将其分为初级纤毛和动纤毛(多纤毛)。动纤毛常分布于大脑中央水管上皮、气道上皮、生殖系统的输卵管上皮组织等处。初级纤毛则分布于其余的大部分组织器官的细胞内,例如肾小管上皮细胞、各骨细胞或者软骨细胞、椎间盘细胞等。初级纤毛被认为是细胞把外界信号转导到细胞内的机械信号或者化学感受器和多种信号通路转导的中心。运动系统是由骨、软骨、关节、肌腱等组织组成,具有运动、支持、保护功能的人体主要承受力学的系统。因此,作为人体机械信号感受器的初级纤毛被认为与人体运动系统正常生理功能的维持密切相关。参与纤毛形成的基因突变可导致纤毛缺失,从而引起运动系统的多组织器官异常。同时,人们也发现在骨性关节炎、椎间盘退变、脊柱侧弯等许多常见的运动系统疾病中存在初级纤毛异常。因此,深入研究初级纤毛在运动系统组织器官生理功能维持及与疾病的关系有助于运动系统疾病的治疗。该文对初级纤毛与运动系统疾病的研究进展进行综述,指出了纤毛与运动系统疾病的最新进展及重点与难点,为运动系统疾病的发病机制研究提供理论参考。     

神经细胞初级纤毛在中枢神经系统疾病中作用的研究进展

初级纤毛广泛存在于哺乳动物中枢神经系统中,是神经细胞重要的胞外细胞器。初级纤毛中含有多种离子通道、G蛋白耦联受体、激酶等,提示初级纤毛可感受胞外信号并将信号转导至细胞内,从而引起细胞对外界刺激信号产生应答反应。近年来大量研究表明调控纤毛结构及功能的基因发生突变后,会导致许多单基因的遗传性疾病。当神经细胞初级纤毛中激酶、G蛋白耦联受体以及离子通道的功能异常后,往往会引起一系列的神经精神疾病、神经系统发育异常等神经系统疾病。本文就初级纤毛在神经系统疾病中作用的研究进展进行综述。     

哺乳动物纤毛/鞭毛内运输在精子形成中的作用及机制研究进展

纤毛/鞭毛是真核生物细胞表面伸出的进化保守的细胞器,独特的位置和特性使它们在细胞运动和信号传递等生命过程发挥重要作用。哺乳动物纤毛/鞭毛的组装和维持都依赖纤毛/鞭毛内运输(intraflagellar transport,IFT)。IFT是由IFT复合体A和复合体B在驱动蛋白或马达蛋白驱动下的双向运输系统。该过程可将货物蛋白在胞体的合成位点与纤毛/鞭毛尖端的装配位点之间进行运输。鞭毛是哺乳动物精子产生动力的特异性细胞器,其完整性对精子正常功能至关重要。近年来研究表明,IFT在哺乳动物精子鞭毛形成和雄性生殖能力方面必不可少。本文对参与IFT的蛋白在精子鞭毛形成中的作用和机制进行了综述,以探讨其在男性不育症中的发病机制,为不育症的诊断和治疗提供理论基础。     

纤毛疾病和与之相关的基因

近年来,研究发现纤毛在生成或者形态的缺陷均能导致新生儿遗传性疾病。与其他细胞器不同的是,纤毛这一小的毛发状细胞器能在几乎所有的极性细胞表面上生成,而且功能非常多样化。纤毛在调节脊椎动物的发育和内环境的平衡起着相当重要的作用,而与纤毛相关基因的缺失则与一系列疾病相关,包括:Nephronophthisis、Joubert综合症、Meckel-Gruber综合症和BardetBiedl综合症等。结合最近的研究,本文主要对四类主纤毛相关疾病的基因进行归类总结。     

纤毛与人体左右不对称发育研究进展

人体内脏器官在位置及形态上呈左右不对称分布。纤毛在左右不对称发育中发挥关键作用。目前已鉴定数十个不对称发育相关的人类疾病基因,这些基因大多涉及纤毛发生、运动以及Nodal-Pitx2信号传导过程。文中主要介绍了纤毛影响Nodal-Pitx2信号通路导致人体左右不对称发育的过程。此外还简要阐述了纤毛与先天性心脏病的关系以及左右不对称发育人类遗传学研究的最新发现。这些进展将有助于我们深入了解左右不对称发育分子机制以及纤毛与人类疾病的联系。     

细胞“天线”——纤毛研究的前世今生

纤毛(cilia)作为突起于细胞表面的细长管状结构,近年来已成为细胞生物学领域的研究热点之一。纤毛可分为动纤毛和静纤毛,它们在生物的发育和生长过程中起着极为重要的作用。该文拟简单概述纤毛的研究历史,并通过纤毛领域近年来的重要发现来进一步介绍纤毛的结构组成及其相关信号调节在疾病和衰老中的作用。     

经典WNT信号通路与哺乳动物肺器官发育

肺器官发育是上皮和问充质相互作用的过程,由多条信号通路共同调控。已知经典WNT信号通路对细胞的增殖、凋亡和分化起着重要的调控作用,在小鼠等模式生物上研究发现,它也参与了哺乳动物肺器官发育的调控过程。综述近年来经典WNT信号通路成员在哺乳动物肺器官发育过程中的表达变化、作用功能及表达异常可能诱发的肺部疾病,以期为研究经典WNT信号通路调控人类肺器官发育的分子机制及相关肺部疾病的诊治奠定基础。     

草丛土毛虫皮层纤毛器的微管胞器研究

本文应用FLUTAX直接荧光标记和抗α-微管蛋白抗体免疫荧光标记．显示了土壤纤毛虫草丛土毛虫（Territricha stramenticola）的皮层纤毛器微管胞器．其中纤毛器基部微管按口围带、波动膜、额腹横棘毛、左右缘棘毛、背触毛等纤毛器图式分布和定位,口围带和波动膜基部含小膜微管托架、小膜附属微管和波动膜微管骨架网;额腹横棘毛基部含前纵微管束、后纵微管束和横微管束：左、右缘棘毛基部含前纵微管束、后纵微管束、横微管束及后微管芽;背触毛基部含前纵微管束、后纵微管柬。横棘毛基部含有较发达的横微管束,缘棘毛基部含后微管芽及其横微管束的定位可能具有本种纤毛虫细胞的特异性。纤毛器微管胞器在细胞表膜下分化形成的基部微管及其微管层使细胞的运动纤毛器与强固的微管骨架结构网相联系．其微管胞器的建构可能是细胞对土壤生存环境的一种适应．是细胞运动胞器的功能活动与环境相互作用的结果。形态发生中,老口围带微管是逐步进行更新的：老棘毛微管胞器对新结构的发生和形成具有定位和物质贡献的作用．并且老结构在新结构分化和成熟期间也经历了行使相应的生理功能及逐渐退化和失去功能的过程．     

动纤毛轴丝的分子组装

纤毛/鞭毛是从细胞膜表面突出的真核细胞器,它能调节细胞运动及细胞周围液体流动,或者参与机体的感知功能,其异常会引发多种人类纤毛病。作为最早被发现的细胞器之一,纤毛一直是细胞生物学领域的重点研究对象,但是因结构大且复杂,其分子组装机制的揭示长期以来一直是个难题。近些年,随着冷冻电镜技术的发展,多个课题组先后报道了从衣藻到哺乳动物精子鞭毛的轴丝各部分高分辨率结构。该文综述了动纤毛的结构组成和最新的分子组装研究进展,重点描述了轴丝各个组成部分包括双联微管(DMT)、内外动力臂(IDA和ODA)、辐条结构(RS)、中央微管对(CP)和连接复合物(N-DRC)的蛋白组成和分布,为深入理解纤毛的组装过程和功能调节提供了科学依据。     

多纤毛细胞纤毛精确组装的调控机制

高等动物体内气管、脑室管膜及输卵管等上皮组织具有一类富含运动纤毛的多纤毛细胞,通过其细胞表面运动纤毛的周期性摆动可以清洁气管、驱动脑脊液流动和受精卵运动.运动纤毛发生或功能的异常则可导致气管炎、脑积水、不孕不育等多种遗传疾病.然而,在多纤毛细胞分化过程中关于如何精确组装运动性纤毛复杂结构的分子机制仍不清楚.该研究运用蛋...     

磷酸化调控纤毛的解聚

<正>纤毛(也称鞭毛)是突出于真核细胞表面的一类在进化上很保守的细胞器,由纤毛膜、轴丝及其底部的基体组成.纤毛广泛分布于原生动物及脊椎动物细胞表面,负责感受内外环境信号以及驱动细胞运动.在哺乳动物特别是人类中,纤毛结构和功能的异常能导致多囊肾,神经系统发育缺陷,听觉、嗅觉和视觉的衰退,呼吸道疾病和不育症等,这些疾病统称为纤毛病,其发病率在1/1000左右.目前还没有治疗     

大麦与纤毛鹅观草属间杂种F5和BC1F4的同工酶研究

对栽培大麦（ＨｏｒｄｅｕｍｖｕｌｇａｒｅＬ．品种“Ａｒｕｐｏ”）与纤毛鹅观草（Ｒｏｅｇｎｅｒｉａｃｉｌｉａｒｉｓ（Ｔｒｉｎ．）Ｎｅｖｓｋｉ）属间杂种后代Ｆ５和回交后代ＢＣ１Ｆ４（以“Ａｒｕｐｏ”作回交亲本）的不同类型株系与其双亲的幼根、幼芽、幼穗、幼嫩籽粒分别进行了酯酶、过氧化物酶同工酶分析。结果Ｆ５和ＢＣ１Ｆ４各株系的酯酶同工酶、过氧化物酶同工酶酶谱具有母本“Ａｒｕｐｏ”全部或绝大多数酶带,父本Ｒ．ｃｉｌｉａｒｉｓ的１～３条酶带和数量不等的双亲所没有的新酶带,也出现酶带的减少。结果表明,纤毛鹅观草的遗传物质已稳定地遗传给了其自交和回交后代。酶谱变异与植株习性出现一定程度的关联。由于在不同时期内结构基因的表达起不同作用,因此,在用同工酶分析法鉴定易位系时,最好不同的器官采用不同的酶类或一种同工酶多时期连续分析。     

纤毛疾病Joubert综合征与神经发育

Joubert综合征(Joubert syndrome)是一类常染色体隐性遗传神经发育障碍疾病,主要症状表现为共济失调、肌张力低、呼吸和眼动异常、认知障碍以及发育迟缓等,此外,还不同程度地间杂其他多器官病变。Joubert综合征的典型影像学特征为"臼齿征"(molar tooth sign),由小脑蚓部发育不良或缺如,小脑上脚和皮质脊髓束交叉减少或缺失等所致。目前,已发现20多种Joubert综合征致病基因,有趣的是,它们所编码的蛋白质大都与细胞纤毛(cilium)的结构和功能密切相关。纤毛广泛参与机体的发育和多种细胞功能,其结构和功能异常所致疾病统称为纤毛疾病(ciliopathies)。Joubert综合征是一种典型的纤毛疾病,然而,对于这些纤毛病变基因如何导致神经发育障碍尚知之甚少。该文讨论了Joubert综合征与纤毛的相关性,并重点阐述了Joubert综合征致病基因在神经发育中的作用及机制。     

动物细胞的多功能细胞器——鞭毛、纤毛和微绒毛(2)

动物是从单细胞生物中带鞭毛的领鞭毛虫演化而来的,但是在过去的很长一段时期中,人们普遍认为动物身体内的多数细胞是不带鞭毛的,只有精子、呼吸道和输卵管的上皮细胞有能够摆动的鞭毛(称动纤毛)。在20世纪60年代,人们就发现动物细胞上不能摆动的鞭毛(称静纤毛),但是由于不知其生理功能而不被重视。在21世纪初,科学家发现,多囊肾其实是与纤毛有关的疾病,随后对纤毛的研究才进入热潮。近年来的研究表明,在脑脊液的流动和动物内脏位置左右不对称分布上动纤毛发挥关键作用。而静纤毛存在于动物的许多细胞上,含有各种感觉受体,成为动物细胞接收信号的"天线"。它们能够感知动物体内多种液体的流动情况,被动物用于监测血压、眼压、胆汁流动、尿液流动和感知骨骼负荷;动物的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、自体感觉、细胞运动也是通过静纤毛接收信号的。在动物胚胎的发育过程中,静纤毛也负责细胞的信息接收,是Hedgehog(刺猬蛋白)信号通路、Wnt信号通路、Notch信号通路等的起始处。由于纤毛在动物体内的多种功能,纤毛功能障碍会导致全身性疾病,统称纤毛病(ciliopathy),包括嗅觉丧失、听觉丧失、视网膜退化、雄性不育、脑室积水、脑发育障碍、骨骼畸形、多指、多囊肾、多囊肝、内脏位置左右颠倒等多种症状。领鞭毛虫的另一个线状结构——领毛,演变成为动物细胞上的微绒毛,像静纤毛一样,成为细胞接收信号的"天线",在视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉和自体感觉中发挥作用。因此鞭毛、纤毛和微绒毛一起,被认为是动物细胞上的多功能细胞器。