Реснички, тонкие волосково-подобные органеллы, которые выпячиваются с клеточной поверхности, встречаются практически на всех поляризованных типах клеток тела человека. Хотя базовые структуры разных типов ресничек сходны, они выполняют различные ткане-специфические функции во время развития, тканевого морфогенеза и гомеостаза. Превалирование и использование их различных клеточных функции объясняет, почему связанные с ресничками нарушения(ciliopathies) могут затрагивать множество систем органов. Цилиопатии могут затрагивать или одиночные органы, такие как кистозная болезнь почек, или могут проявляться как мультисистемные нарушения, такие как синдром Bardet Biedl и nephronophthisis (NPHP)-родственные нарушения с фенотипически варьирующими и перекрывающимися проявлениями болезней (Badano et al.. 2006: Fliegauf et al., 2007). Среди синдромных форм кистозных болезней почек, NPHP наиболее распространенное и сложное нарушение у детей. NPHP представляет собой генетически гетерогенную группу почечных кистозных нарушений с аутосомно рецессивным способом наследования. NPHP может вызывать абсолютную почечную недостаточность в раннем детстве и отрочестве, а также у взрослых и может быть ассоциирован с внепочечными проявлениями беолезни, такими как окулярная моторная apraxia (Cogan синдром), пигментный ретинит, врожденный амавроз Leber, колобома оптического нерва, аплазия червя мозжечка (Joubert синдром), фиброз печени, черепно-эктодермальная дисплазия, конусо-образные эпифизы, удушающая торакальная дисплазия (Jeune's syndrome), Ellis-van Creveld синдром и редко situs inversus (Omran and Ermisch-Omran, 2008). Кроме того, установлено, что NPHP мутации могут вызывать синдром Meckel, перинатальное летальное заболевание, характеризующееся болезнью врожденного кистоза почек и энцефалоцелем.

Несколько генов ответственно на NPHP (суммировано в Omran and Ermisch-Omran, 2008) и многие ' кодируемые' белки, такие как NPHP1, NPHP2 (inversin), NPHP3, NPHP4 (nephroretinin), NPHP6 и NPHP8, как было установлено, взаимодействуют др. с др. (Olbrich et al., 2003; Mollet et al., 2005; Delous et al., 2007; Bergmann et al., 2008). Хотя и установлена важная механистическая информация о патогенезе NPHP, напр.. нарушение передачи сигналов Wnt, точная функциональная роль NPHP белков всё ещё остается загадочной (Simons et al., 2005; Bergmann et al., 2008). В данном номере Craige et al. пролили свет на функцию NPHP6. Они продемонстрировали, что NPHP6 является структурным компонентом структуры в форме бутылки шампанского, которая связывает дублеты микротрубочек аксонемы с цилиарным ожерельем (necklace), самостоятельной порцией мембраны реснички, впервые описанной почти 40 лет назад (Gilula and Satir, 1972). До сегодня ничего не было известно о белковом составе этой уникальной структуры в основании реснички.

Этот компартмент реснички, включающий мембрану реснички, снабжен определенным составом белков, а граница компартмента расположена в переходной зоне, где частицы intraflagellar transport (IFT) участвуют в активном транспорте грузов из и в компартмент реснички через границу компартмента, управляемым двумя членами семейства kinesin-2: гетеротримерным KIF3A-KIF3B-KAP комплексом и гомодимерным KIF17 мотором (Fig. 1). Интересно, что некоторые исследования продемонстрировали, что NPHP сублокализуются в основании первичной реснички (NPHP1, NPHP4, NPHP6, NPHP8, NPHP9 и NPHP11) , также как и в соединительной ресничке фоторецепторов (NPHP1, NPHP5 и NPHP6), которые считаются ортологом структуры переходной зоны (Olbrich et al.. 2003: Mollet et al.. 2005; Otto et al.. 2005; Sayer et al., 2006: Delous et al., 2007; Bergmann et a!., 2008: Otto et al., 2008; Valente et al.. 2010). Детальный анализ белков, таких как NPHP1, выявил специфическую и исключительную локализацию в переходной зоне (Fig. 1 A), это указывает на возможную функциональную роль, подобную роли вратаря, для NPHP белков в пограничном компартменте реснички, чтобы контролировать поставку и выход белков в и из реснички, соотв. (Fliegauf et al., 2006). Во время цилиогенеза, NPHP1 оказывается сразу же рекрутированным в переходную зону, это указывает на то, что NPHP белки могут также быть важными для образования этой органеллы. Известно, что локализация этих белков в переходную зону эволюционно законсервирована и обнаруживается также у Caenorhabditis elegans (Jauregui et al., 2008).

Figure 1. NPHP proteins function at the ciliary gate (transition zone). (A) Localization of nephrocystin (red, NPHP1) at the transition zone is shown in murine (mlMCD3) immotile renal cilia (top), immotile canine renal MDCK cilia (middle), and motile human respiratory cilia (bottom). The ciliary axoneme is stained with antibodies targeting acetylated "-tubulin (green). Bars, 5 pm. (B) The triplet microtubule structure of the basal body is converted into the axonemai doublet structure at the transition zone of primary cilia. Proximal transition y-shaped fibers (red) connect each outer microtubule doublet to the membrane and mark the border at which IFT proteins start to shuffle cargoes to and from the ciliary compartment. The ciliary compartment, including the ciliary membrane, is therefore equipped with a distinct composition of proteins such as polycystin-2 and BBS proteins (i.e., BBS4), which differs from the cytoplasm and the apical plasma membrane. NPHP6/CEP290 as well as other NPHP proteins (e.g., NPHP1) localize at the transi+ion zone and probably function as gatekeepers that control access and exit of proteins to and from the ciliary compartment, respectively.

В этом номере Craige et al. (2010) использовали удачный генетический и биохимический инструмент, позволяющий исследовать у Chlamydomonas reinhardtii роль cep290/Nphp6 в регуляции переноса белков в ресничке. Используя иммуноэлектронную микроскопию они показали, что cep290 локализуется в клинообразных структурах, которые образуют мостики и соединяют мембрану жгутика с аксонемными наружными дублетами в переходной зоне. Дальнейшие ультраструктурные исследования выявили дефекты этих структур у cep290 мутантов, которые показали, что cep290 является существенным для целостности "ворот" реснички и является интегральным компонентом этой плохо охарактеризованной структуры. Детальный анализ кинетики антероградного и ретроградного IFT транспорта не выявил существенных изменений, которые бы указывали на то, что cep290 не регулирует активность IFT мотора. Масс-спектрометрический анализ жгутиков идентифицировал сложный паттерн аномального состава белков. Биохимический анализ жгутиков идентифицировал увеличение количеств в IFT комплексах В белков и BBS4, и снижение уровня в IFT комплексе A protein IFT 139 , также как и polycystin-2, это подтверждает, что cep290 действует как привратник (gatekeeper), контролирующий содержание белка в компартменте жгутика. Альтерации в уровнях polycystin-2 и BBS4 могут даже объяснить сложный клинический фенотип кистозной болезни почек, а BBS-подобные структуры присутствуют у детей с мутациями CEP290/NPHP6 (den Hollander et al., 2006; Sayer et al., 2006; Valente et al., 2006; Baala et al., 2007).

Craige et al. (2010) сделали некоторые интересные наблюдения, которые могут иметь значение для соматической генной терапии. Используя исследования по восстановлению у дикарионов, они показали, что cep290 является динамическим белком, которые снует между цитоплазмой и переходной зоной и который может включаться в предварительно собранную мутантную переходную зону и восстанавливать её функцию. Эти результаты могут быть использованы для целенаправленной генной терапии при NPHP-родственных болезнях, таких как врожденный амавроз Leber, дегенерация сетчатки, при которых cep290 часто мутантен. Экспрессия CEP290 с помощью векторов для генной терапии в фоторецепторах пациентов может восстанавливать функцию ресничек.

Клеточные биологические находки, обнаруженные Craige et al. (2010) представляют значительный научный интерес, т.к. они открывают новую область исследований NPHP, концентрирующуюся на пограничном компартменте реснички. Будущие исследования позволят выяснить роли др. взаимодействующих с NPHP белков в интеграции и/или функционировании реснички. Специфичные для типов клеток различия в составе ворот реснички смогут объяснить фенотипические отличия, наблюдаемые у пациентов с NPHP. Недавние находки показывают сходство между механизмами, регулирующими импорт в ядро и ресничку. Соответственно, доставка в ресничку IFT моторным белком KIF17, как было установлено, регулируется с помощью градиента ресничка-цитоплазма малой GTPase Ran., с высокими уровнями GTP-связанной Ran (RanGTP) в ресничке (Dishinger et al., 2010). Более того, KIF17 взаимодействует с белком ядерного импорта importin-β2 способом, зависимым от локализации сигналов в ресничке, и ингибируется с помощью RanGTP. Т.о., клиновидные волокна могут функционировать как эквивалент ядерной поры в ресничке. Дальнейшие исследования прольют свет на взаимоотношения между разными компонентами этой интересной структуры.