Изменчивость аксонем ресничек впечатляющий пример широкого спектра модификаций этой радиально симметричной, микротубулярной, покрытой плазматической мембраной органеллы, что отражает, по-видимому, оптимизацию специфических клеточных и тканевых функций. Исторически понимание структуры и функции ресничек было связано с успехами аналитических технологий—от первого описания с помощью светового микроскопа (Zimmermann,1898), до детальных наблюдений ультраструктуры 50 тому назад и до сложных молекулярных исследований сегодня. Современная литература содержит массу диаграматических представлений аксонемной ультраструктуры, связанной с декоративными специфическими молекулярными мотивами, иллюстрирующими адаптивные модификации базовой структуры в ряде ресничек, от тех, чья функция связана с активной быстрой подвижностью, до тех, что остаются стационарными (такие как в палочках и колбочках), до привелигерованных дитя семейства ресничек—первичных ресничек. Для любого класса ресничек, полное описание их морфологии связано с функцией, нуждающейся в знании разнообразного набора аттрибутов, включая всё самое важное о биохимии аксонем и базального тельца, IFT транспортные системы и моторы, молекулярный аппарат для восприятия и передачи сигналов, длину………список, который в конечном счете д. найти место для приблизительно 2500 предполагаемых генов и ассоциированных с ними белков, которые представляют сегодня ciliome (Gherman et al.,2006; Inglis et al.,2006; Thomas et al.,2010; Ocbina et al.,2011; Tasouri and Tucker,2011; Lai et al.,2011).

Однако дополнительные важные аттрибуты, связаные с пространственными взаимоотношениями ресничек, также являются критическими для нормальной функции.

Спустя 50 лет после первого описания одиночной реснички в эпителиальных клетках почечных канальцев (Zimmermann, 1898), ЭМ анализ стал рутинным и первичные реснички стали быстро распознавать в качестве органеллы клетки в ряде разных тканей (rev. del Cerro and Snider,1969; Wheatley,2005). Первичные реснички были описаны не только в широком круге эпителиальных клеток, но и также в некоторых типах нейронов (Barnes,1961; del Cerro and Snider,1969; Fuchs and Schwark,2004; Berbari et al.,2007; Green and Mykytyn,2010; Whitfield and Chakravarthy, 2009; Han and Alvarez-Bulla, 2010; Besse et al.,2011; Lee and Gleeson,2011; Yoshimura et al.,2011), миоцитов (Sorokin,1962; Lu et al.,2008; Clement et al.,2009; Shi and Tarbell,2011) и клеток соединительной ткани (Scherft and Daems,1967; Garant et al.,1968; Federman and Nichols,1974; Wilsman,1978,1979; Couve,1986; Whitfield,2003; Malone et al.,2007; Donnelly et al.,2008; Thivichon-Prince et al.,2009; Temiyasathit and Jacobs,2010; Kwon et al.,2010; Lee et al.,2010). Хотя ранние ЭМ исследования четко показали и сложную структуры этих органелл и их сфера действия одна на клетку во многих типах клеток, потенциальная функция первичной реснички остается неясной, превалирует мнение, что они являются рудиментами (Grillo and Palay,1963; Federman and Nichols,1974; Fawcett,1981; and recently reviewed by Wheatley,2005,2008; Bloodgood, 2009).

Ранние ультраструктурные сравнения аксонем первичных ресничек, сенсорных ресничек (таких, как найденные в специализированных органах для обоняния, слуха и зрения) и подвижных ресничек (таких, как найденные в респираторном тракте, репродуктивном тракте и в выстилке эпендимы) продемонстрироали, что первичные реснички лишены специфических компонентов, необходимых для активных движений. Это вообще то также внесло вклад в концепцию первичных ресничек, что они бедные кузины очень разнообразного семейства ресничек и жгутиков. Исторически способность серьезного исследования потенциальной функции первичных ресничек была ограничена размерами аксонем (с диаметром на пределе разрешения световой микроскопии [0.2 µm]), а её неуловимая природа даже, когда рассматривалась с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (TEM), когда вероятность увидеть профиль первичной реснички на данном тонком среде даже в относительно маленьких клетках оставалась примерно 1/100 исследованных профилей. Даже когда первичная ресничка обнаруживалась на серийных срезах она оказаывалась единственной на дифференцированную клетку (Wilsman,1978; Wilsman and Fletcher,1978; Wilsman et al.,1980), продолжали появляться работы, описывающие, что “редкие” или “случайные” реснички могут наблюдаться в определенных типах клеток. В то же самое время был совершен прорыв Satir, Gibbons и др., продемонстрировавших удивительную сложность и красоту ультраструктцры подвижных ресничек и ресничек, участвующих в специальных чувственных восприятиях (Fawcett,1981; partially summarized in Sanderson, 1984; Satir and Christensen,2007).

Однако последние 15 лет первичные реснички стали центром исследований и это привеле. по крайней мере, к двум прорывам в исследованиях этих ороганелл. Во-первых, с разработкой специфических антител для модифицированных тубулинов, сегодня стала рутинной визуализация этих органелл в световом микроскопе, с помощью epifluorescence, конфокальной илимультифотонной микроскопии (Farnum et al.,2009). Расширение этой технологии и ассоциирвоанных возможностей получения изображений сделало возможным анализ даже субрегионов аксонем и базовой структуры тельца. Во-вторых, вследствие инициального открытия ассоциации между аберрантной функцией первичных ресничек и поликистозной болезни почек с ранним началом у человека, с широким кругом цилиопатий показало связь с потерей или модификациями первичных ресничек, и были разработаны соотв. модели in vitro и in vivo для изучения функции первичных ресничек в контексте болезни (Hildebrandt and Otto,2005; Lehman et al.,2008; Menezes and Germino,2009; Deltas and Papagregoriu, 2010; Winyard and Jenkins,2011).

В последние 15 лет обзоры выявили буквально сотни исследований корреляций между нормальной структрой ресничек и способностью к передаче сигналов и аномалиями при болезнях человека (recent reviews include: Afzelius,2004; Davenport and Yoder,2005; Bandano et al., 2006; Bisgrove and Yost,2006; Marshall and Nonaka,2006; Fliegauf et al.,2007; Basu and Breuckner, 2008; Sharma et al.,2008; Berbari et al.,2009; Cardenas-Rodriguez and Bandano, 2009; Gerdes et al.,2009; Smith and Rohatgi,2011; Tasouri and Tucker,2011; Vincensini et al.,2011). Ясно, что реснички являются удивительно разнообразными по своей сигнальной способности и что как сенсорные, так и подвижные функции могут быть разделены или смешаны в разных пропорциях по всему спектру изученных ресничек (Bloodgood,2010). Базовой структурой реснички может рассматриваться участвующая в обслуживании гибридизированных функций (исключительно для сенсорного восприятия, для активныых движений или в их комбинации), приводя к варьирующим и чрезвычайно развитым специализациям, наблюдаемым в разных типах клеток и на разных стадиях развития (Golinska,1982; Fuchs and Schwark,2004; Gotz and Striker, 2006; Eggenschwiler and Anderson,2007; D'Angelo and Franco,2009,2010; Lehman et al.,2009; Gluenz et al.,2010; Rohatgi and Snell,2010; Satir et al.,2010; Logan et al.,2011). Аналогично, необходимо учитывать, что фундаментальные микротубулярные и мембранные структуры ресничек обладают гибкостью, чтобы поддерживать широкий диапазон рецепторных и сигнальных модификаций (Reiter and Mostov,2006; McClintock et al.,2008; Reiter,2008; Scholey,2008; Thomas et al.,2010; Vincensini et al.,2011).

Для ресничек, которые обладают или первичной функцией подвижности (такие как подвижные реснички, которые перемещают слизь вдоль респираторного тракта) или первичной сенсорной функцией (такие, как модифицированные реснички палочек и колбочек в сетчатке), соотв. ориентация в трехмерном (3D) пространстве необходима для нормальной функции. Также необходимо и соотв. позиционирование ресничек в отношении родительской клетки. Фактически, описаны цилиопатии, которые являются прямым результатом неправильной ориентации и/или позиционирования подобного типа ресничек (De longh and Rutland, 1989; Rutland and De longh, 1990; Biggart et al.,2001; Bandano et al., 2006; Fliegauf et al.,2007; Liu et al.,2007; Sharma et al.,2008; Nigg and Raff,2009). Напротив, относительно мало известно о потребности для собственно позиционирования и ориентации аксонем в 3D пространстве для первичных ресничек. Высказываются предположения относительно позиционирования и ориентации первичных ресничек вэпителиях, ассоциированных с трубчатообразными как in vivo, так и в экспериментальных моделях in vitro, но эти предположения не были изучены критически во взаимоотношении с функцией. Ситуация ещё сложнее для первичных ресничек, ассоциированных с др. клеточными типами, поскольку аксонемы этих ресничек не проникают из клетки в просвет трубчатообразного органа, но или интимно ассоциированы с соседними клетками или с внеклеточным матриксом (ECM) специализированной ткани.

POSITION VS. 3D ORIENTATION OF THE CILIARY AXONEME

Definitions

Важной является направленность, ассоциированная с аксонемой реснички, которая требует рассмотрения как позиции на клеточной поверхности (или одноклеточном организме), где располагается ресничка, так и скоординированных взаимоотношений со специфическими глобальными или локальными системами координат, чтобы аксонема оказывалась ориентированной в 3D пространстве. Степени свободы, ассоциированные с позиционированием и 3D ориентацией, являются вариансами, связанными со специфическими функциями, если рассматривать весь спектр ресничек от активных подвижных ресничек до неактивных подвижных ресничек и все модификации между ними. Наиболее тривиальный случай должен быть с одной степенью свободы для обоих, т.е. аксонема во всех клетках популяции всегда позиционирована в специфическом месте клеточной поверхности и все направлены в одном и том же направлении (и константно) в 3D ориентации. В более сложных случаях позиция аксонемы, возникающей из клетки, будет варьировать среди клеток популяции, будет способна к изменению со временем для индивидуальной клетки и аксонемы могут быть ориентированы по-разному в 3D пространстве для клеток данной популяции, включая разные пределы движений, ассоциированных с формой колебаний аксонем. Для степеней, которые были тщательно проанализированы, точность как позиционирования, так и 3D ориентации аксонем является абсолютно необходимой для соотв. функции ресничек, а потеря контролируемой направленности аксонем ассоциирует с дефицитом подвижности и/или передачи сигналов при цилиопатиях (Sanderson, 1984; Rautiainen et al., 1990; Sharma et al.,2008; Gerdes et al.,2009; Satir et al.,2010; Vincensini et al.,2011).

Positioning of the Cilium on the Associated Cell

Для поляризованных эпителиальных клеток реснички, единичные или множественные на клетку, всеогда располагаются на просветной стороне трубчатообразного органа. Особенно интересен пример на Figure 1A это форма маточной трубы кролика, демонстрирующая пример как клеток со множественными ресничками, так и клетки с единичными ресничками (Rumery and Eddy,1974). Единичные реснички наиболее широко распространены, как показано на микрографиях или на диаграммах, (важно) расположены в центре апикальной поверхности ассоциированной апикальной клетки (Fig. 1B). Сходным образом реснички узелка позиционированы на стороне клетки, обращенной в просвет, (Fig. 1C,D). В ямке узелка мыши, клетки, обнаруживают реснички в заднем положении относительно клеточной оси (Fig. 1E, arrow; Fig. 1F); такая асимметрия в расположении оказывается важной для генерации направленного тока (Tabin and Vogan,2003; Lee and Anderson,2008). Следовательно, для ресничек, ассоциированных с тубулярным эпителием, определение позиции аксонемы является исчерпывающим—всегда обращена в просет и разной степенью центрального расположения на апикальной поверхности, в зависимости от типа эпителия. Реснички, ассоциированные со специальными ощущениями, несмотря на сложность из общей структуры, также всегда возникают на просветной стороне ассоциированного орагана, напр., множественные реснички на индивидуальных обонятельных нейронах в обонятельной слизистой мышей (Fig. 1G; McEwen et al.,2008; and Fig. 1H; Menco,1997).

Предположение, что позиционирование реснички относительно клетки устанавливается во время инициального закрепления материнской центриоли (будущего базального тельца реснички) на плазматической мембране после клеточной репликации (Dawe et al.,2007; Pearson et al.,2007; Marshall,2008, Hoyer-Fender,2010; Satir et al.,2010; Kobayashi and Dynlacht,2011). Молекулярные основы закрепления базального тельца и то, как его специфичность переносится через множественные клеточные циклы, являются интесивной и важной областью исследований, которая является критической для для понимания, как реснички оказываются расположены в специфических и предсказуемо постояннчх позициях на клеточной плазматической мембране. Спецификация позиции закрепления является примером цитотаксиса—способности предсуществующей клеточной структуры детерминировать позицию вновь формируемой клеточной структцры после деления—внося тем самым вклад в виде инструкций о расположении и клеточной форме будущей органеллы (Benzing and Walz,2006; Benzing et al.,2007; Feldman et al.,2007; Pearson et al.,2007; Marshall,2008; Park et al.,2008).

Такое расположение осуществляется по-существу в постоянной позиции на эпителиальных клетках тубулярных органов в противоположность тому, что наблюдается в нейронах миоцитах и клетках, происходящих из соединительной ткани.. Закрепление базального тельца согласуется со свойствами клеток соединительной ткани (Fig. 1I), но для разных типов клеток обнаруживается изменчивость мест закрепления базального телца, а , следовательно, и где возникнет аксонема (Dawe et al.,2007; Pearson et al.,2007). Для клеток, которые обладают поялрностью, связанной сх формой с четко определяемой большой и малой клеточными осями (такие как хондроциты ростовой пластинки, хондроциты суставного хряща или tenocytes), аксонема первичной реснички характерным образом возникает почти из центра вдоль одной из клеточных осей и обнаруживается в околоядерном положении в тесной ассоциации с аппаратом Гольджи клетки (Fig. 2A,B; Farnum et al.,2009; Gardner et al.,2011). Аксонемы соседних клеток могут возникать с противоположных сторон их соотв. клеток, это позволяет предсказывать, где будет обнаруживаться возникающая аксонема данной клетки только для половины эпителиальных клеток (Fig. 2C; Ascenzi et al.,2007).

В клетках сложной и нерегулярной формы, такой ка нейроны и гладкомышечные клетки, точное положение аксонемы, когда она появляется из клетки не возможно предсказать с уверенностью. У нейронов аксонема часто изображается как появляющаяся из тела нейрональной клетки по соседству с аксоном, но как согласуется это для популяции нейронов, не описано (Fig. 2D; Breunig et al.,2008). В клетках сильно нерегулярной формы положение возникновения, в опубликованных (Fig. 2E; Warfvinge and Elofsson,1988). Это подчеркивается микрофотографиями Figure 2F,G,H, показывающими аксонему в стромальных клетках костного мозга (Yamazaki,1988). Существует сложное не легко обнаружимое соотношение аксонемы как с их родительской клеткой, так и с соседними клетками в этой сложном многоклеточном окружении.

Сравнение Figure 1 и Figure 2 показывает, что расположение аксонемы на данной клетке имеет разные уровни сложности, в зависимости от типа клеток и их формы (Marshall,2008). Только в высоко поляризованном эпителии тубулярных органов позиционирование аксонем ресничек, когда они выступают из клетки высоко предсказуемо от одной клетки к др., а также по-существу предсказуемо для клеточной популяции (Fig. 1). Существует определенная степень предсказуемости позиции появления аксонемы для клеток с предсказыемыми большой и малой осями, учитывая постоянство локализации реснички в околоядерном положении вдоль длинной оси клетки. Если рассматривать клетки очень сложной и нерегулярной формы, особенно если они ассоциированы с тканями и/или органами со множественными типами клеток, то позиционирование базальнго тельца для первичной реснички трудно определить для каждой индивидуальной клетки или для популяции клеток (Lehman et al.,2009; Logan et al.,2011).

Orientation of the Ciliary Axoneme in 3D Space

Определение ориентации аксонемы в 3D пространстве нуждается в координации систем множественных осей, как на Figure 3 (left), обнаруживая потенциальные степени свободы ориентации аксонем ресничек (Marshall and Kintner,2008; Farnum and Wilsman,2011). Микроскопические подходы с помощью оптического секционирования предоставляют метод для осуществления количественного анализа замещения качественных выражений (Farnum et al.,2009). Theta (Θ) описывает ориентацию относительно x/y плоскости , а φ описывает ориентацию относительно x/z плоскости. Пока не установлено,если аксонема может ротировать вокруг своей собственной длинной оси, как показано с помощью Ψ на Рис. 3A, и как было показано для бактериальных жгутиков (Macnab,1999); в самом деле имеются некоторые доказательства, что базальное тельце, благодаря прикреплению к актиновому цитоскелету, вынуждены производить такого типа движения (Weinbaum et al.,2010).

Эти координаты могут быть использованы в контексте любых данных глобальных или локальных систем координат, представляющих биологический интерес , такие как взаимоотношение аксонемы с локальными клеточными свойствами, i.e. Θ_{;axoneme,cell} (длинная ось аксонемы относительно длинной оси клетки) или органным свойством, i.e. Θ_{axoneme,joint} (длинная ось аксонемы относительно суставной поверхности сустава). Пример использования этих коррдинат приведен в недавнем исследовании мутантов Chlamydomonas, с замено качественных характеристик на количественные значения для изменений ориентации центриоли относительно оси тела (Fig. 3A–H; Feldman et al.,2007). Этот рисунок демонстрирует также одно из соглашений, использованных для предоставления данных по ориентации в графической форме. Хотя данные предстваленные здесь для подвижных ресничек в одноклеточном организме, тот же самый количественный подход может быть использован для описания 3D ориентации аксонемы аервичной реснички в люьбой клеточной популяции.

Сeществуют два др. важных предположения для определения ориентации аксонемы в 3D пространстве. Во-первых, поскольку эта система координат пригодна для обеспечения снимка 3D координат аксонемы, то в полное описание 3D ориентации необходимо включить потенциальные изменения колебания формы волны, включая сгибание. Во-вторых, важно описать степень, с которой 3D ориентация аксонемы согласуется или варьирует внутри клеточной популяции и степень, с которой ориентация или клеточного или популяционного базиса изменяется во временем и/или под действием разных средовых и экспериментаьных условий. Последнее, как полагают, соершенно отличается между рассмотрением позиции возникновения и 3D ориентации аксонемы после появления: место появления данной аксонемы, как полагают, фиксировано во времени, тогда как 3D ориентация аксонемы в пространстве, как полагают, колеблется в пределах от высоко стабильной до временно преходящей, в зависимости от специфической функции данной реснички.,

SIGNIFICANCE OF AXONEMAL POSITIONING AND 3D ORIENTATION: WHAT MIGHT BE CONSIDERED RELEVANT FOR PRIMARY CILIA BASED ON WHAT IS KNOWN FROM OTHER CILIARY TYPES?

Cilia Associated With Special Senses

Модифицированные реснички, ассоциированные с сигнальной трансдукцией для специальных ощущений слуха, зрения и обоняния, являются лучшими примерами того, как точность позиционирования и 3D ориентации оказываются критическими для становления соотв. направленности как для восприятия сигналов из внешней среды. так и для передачи их др. клеткам внутри органа. Высоко модифицированная структура аксонем чувствительных к свету фоторецепторных сенсорных комплексов реснички палочек и колбочек (Fig. 4A), содержит почти 2000 белков, обеспечивающих взаимосвязь между пигментным эпителием сетчатки (RPE, т.e., монослоем клеток с плотными соединениями, отделяющими нейральную сетчатку от хороидного сплетения) и синаптическими окончаниями. Имеется прекрасный пример значения позиционирования ресничики в отношении реснитчатой клетки и соседних клеток из популяции (Liu et al.,2007; Insinna and Besharse,2008; Kennedy and Malicki,2009; Wright et al.,2010; Louvi and Grove, 2011). Несмотря на широко распространенное использование RPE клеток в качестве экспериментальной системы in vitro для изучения везикулярного и белкового транспорта в ресничке и в частности BBSome комплексов (Loktev et al.,2008; Gibbs et al.,2010; Jin et al.,2010; Mukhopadhyay et al.,2010; Westlake et al.,2011, as very recent examples), взаимоотношение между первичной ресничкой RPE клеток и модифицированной ресничкой зрительных рецепторов в основном предположительны и базируются на морфологических последовательных во времени наблюдениях. Аксонема реснички из RPE клеток появляется на апикальной стороне одноклеточного слоя ретинального пигментного эпителия и удлиняется в межрецепторный матрикс (Nishiyama et al.,2002). У крыс имеются указания на наличие одной реснички на клетку RPE во время пре- и постнатального развития, но клетки RPE лишены ресничек на постнатальный день 30. Этоподтверждает, что ресничка RPE клетки может быть важной только во время развития в течение этого постнатального периода (Norrander et al.,1998; Nishiyama et al.,2002). Ориентация аксонемы в 3D пространстве в RPE клетках не была изучена. Первичная ресничка клеток RPE, как полагают, играет роль в позиционировании фоторецепторных клеток во время развития, хотя, по-видимому, нет экспериментальных доказательств, специфически подтверждающих эту гипотезу (Fisher and Steinberg,1982).

Подобно высоко упорядоченной области реснички палочек и колбочек точное 3D расположение реснитчатых клеток сенсорного эпителия в каналах внутреннего уха млекопитающих базируется на собственно непосредственном соседстве актином заполненных стереоцилий с микротубулярными киноцилией на апикальной поврехности эпителия (Fig. 4B,C; Dabdoub and Kelley,2005; Perozo,2006; Wang et al.,2006; Hu and Corwin,2007; Vladar et al.,2009). В улитке точное позиционирование и 3D ориентация базального телца, киноцилии и пучка стереоцилий осуществляются посредством сигнальных путей планарной клеточной полярности (PCP) (Wang et al.,2005; Jones and Chen,2008; Goetz and Anderson,2010). Первоначально базальное тельце располагается в клеточном центре; однако, киноцилий оказывается позиционирован эксцентрически, когда устанавливается финальная поляризация (Cotanche and Corwin,1991; Denman-Johnson and Forge,1999; Jones et al.,2008). Ориентация пучков волосков отличается в сферическом и эллиптическом мешочке, так что соотв. позиционирование и 3D ориентация необходимы как внутри индивидуальной реснитчатой клетки, так и в популяции среди реснитчатых клеток (Fig. 4C; Denman-Johnson and Forge,1999; Wang et al.,2006; Gillespie and Muller,2009). Т.о., функциональная полярность достигается посредством морфологической полярности.

Обонятельные сенсорные нейроны демонстрируют сходное высоко предопределенное позиционирование и 3D ориентацию своих ассоциирвоанных ресничек (Bannister,1965; Cushieri and Bannister, 1975; Menco,1997; McEwen et al.,2008; Jenkins et al.,2009). Малый кластер ресничек возникает из индивидуальных обонятельных сенсорных нейронов на эпителиальной поверхности (Fig. 4D; Louvi and Grove,2011). Эти реснички ильно выровнены в своем позиционировании на плазматической мембране, как показывает циркулярное расположение их базальных телец внутри цитоплазмы (Fig. 4E; Reese,1965). Однако, аксонема индивидуальных ресничек обнаруживает множественные степени свободы в своей 3D пространственно ориентации, а кластер как целое покрывает широкий диапазон углов, т.к. они удлиняются во многих направлениях (DeMaria and Nagi, 2010; Green and Mykytyn,2010). Обонятельные сигналы от всех ресничек данной клетки затем передаются одному аксону и аксональный сигнал от данной клетки интегрируется с сигналами от многих клеток, несущих разные обонятельные рецепторы, для создания финального сигнала для обонятельной луковицы и обонятельного кортекса (Fig. 4F; Zou et al.,2001; Menini et al.,2004; Mayer et al.,2009; McEwen et al.,2008). Восприятие запахов прекрасный пример значения как позиционирования ресничек на клетке, так дифференциальной 3D ориентации аксонем данной клетки, когда они простираются в окужающую среду. Это также элегантный пример сложной интеграции сигналов от множественных реснитчатых клеток внутри популяции клеток.

Actively Motile Cilia, Including Nodal Cilia

Скоординированое биение активных подвижных ресничек у одноклеочных организмов (Fig. 5A) или в выстилке эпендимы, респираторном тракте или репродуктивном тракте (Fig. 5B), изучалось в течение нескольких декад, используя комбинацию микроскопии, базирующеся на видео, математического моделирования и компьютерного моделирования (Hines and Blum,1982; Marino and Giello, 1982; Sleigh et al.,1988; Guerin and Liron, 1992; Schwartz et al.,1997; Guerin and Levit-Gurevich, 2001; Brokaw,2002; Hilfinger and Julicher, 2008; Chen et al.,2009,2010). Униформное расположение базальных телец глубоко на апикальной границе эпителиальных клеток отражает униформное расположение аксонем ресничек, которое также были идентифицировано с помощью в основном параллельного расположения двух центральных синглетных состояний микротрубочек внутри аксонем соседних ресничек (Fig. 5C; De longh and Rutland, 1989; Rautiainen et al.,1990; Boisvieux-Ulrich and Sandoz,1991). Расположение ресничек всегда на апикальной поверхности и часто покрывает эту апикальную поверхность более чем 200 аксонемами. Ориентация аксонем в 3D пространстве скоординировано с соседними ресничками данной клетки и между ресничками всего поля клеток. is coordinated among adjacent cilia of a given cell and among cilia of the entire field of cells. Ориентация во времени преходящая с эффективным параличом (stroke) обычно планарным и не-планарным восстановлением от удара (stroke); обнаруживается явная сложность в достижении характерной metachronal синхронности волны в ресничках (Fig. 5D; Gueron and Liron,1992; Sanderson, 1984; Sleigh et al.,1988; Mitchison and Mitchison,2010). Следовательно, как собственно позиционирование, так и 3D ориентация аксонемы существенны для достижения соотв. направленности движений жидкости. Почти 4 декады отсутствие точности в генерации этих форм колебаний рассматривалось как выдающийся клинический признак primary ciliary dyskinesia (PCD; Afzelius,1985; Rutland and De longh, 1990; Afzelius,2004; Bisgrove and Yost,2006; Vincensini et al.,2011). (В качестве отступления “первичность” в PCD означает дискенезию подвижных ресничек, а не означает первичные реснички; PCD соответствует болезни с клиническими признаками, непосредственно отражающими аномалии подвижных ресничек, в противоположность дисфункции подвижных ресничек, вторичных по отношению к некоторым др. причинам; see also Wheatley,2005.)

Позиционирование и 3D ориентация ресничек узелка стали областью интенсивных исследований, а недавние работы продемонстрировали сложность организации потенциально двух разных типов ресничатых клеток в узелке, участвующих в установлении асимметрии (laterality). Один набор ресничек, как полагают, вызывает перемещение жидкости; второй набор ресничек, как полагают, реагирует на ток жидкости. Важно для обсуждения то, что для собственно генерация перемещения жидкости подвижные реснички узелка д. быть не только расположены апикально на клетке, но и также д. находиться под соотв. задним углом наклона (Fig. 5E,F; McGrath and Brueckner,2003; Tabin and Vogan,2003; Buceta et al.,2005; Nonaka et al.,2005; Tanaka et al.,2005; Fliegauf et al.,2007; Basu and Brueckner,2008; Hirokawa et al.,2009; Borovina et al.,2010). Моделирование продемонстрировало, что движение аксонем этих ресничек происходит в направлении против часовой стрелки, генерируя ток жидкости. достаточный, чтобы быть воспринятым с помощью первиных ресничек. чувствительных к механическим воздействиям (также обозначаемыми как пассивные реснички) , которые реагируют на ток жидкости и генерируют передачу сигналов посредством сгибания (Figs. 5G,H,I; Cartwright et al.,2008; Lee and Anderson,2008; Chen et al.,2009,2010). Хотя специфика взаимодействий, происходящих между этими двумя типами ресничек узелка, нуждается в дальнейшем исследовании, ясно, что точное расположение и 3D ориентация аксонем обоих наборов ресничек необходимо. Опять же дефекты асимметрии (laterality) при цилиопатиях оказываются связанными с дефектами одного или др. типа узелковых ресничек (Nonaka et al.,1998; McGrath and Brueckner,2003; Badano et al.,2006; Marshall and Nonaka,2006; Basu and Breuckner, 2008; Sharma et al.,2008).

Общим лейтмотивом является то, что как модифицированные реснички, ассоциированные со специальными чувтсвами, так и активные подвижные реснички, соотв. образом позиционированные базальные тельца на плазматической мембране и определенная ориентация аксонемы в 3D пространстве (являющиеся фиксированными или преходящими во времени), необходимы для нормальной функции; а потеря соотв. расположения и/или 3D ориентации ведут к определенной потере функции, связанной с цилиопатиями (Rautiainen et al.,1990; Rutland and De longh, 1990; Marshall,2008; Gerdes et al.,2009; Goetz and Anderson,2010; Hoyer-Fender,2010). В зависимости от ткани, реснички соседних клеток могут зеркально отражать своих соседей; в др. случаях позиционирование и оринетация аксонем различны в разных клетках, но предопределенными для популяции клеток внутри ткани. Также место внедрения базального тельца на апикальной поверхности клетки (трансляционная ориентация) также как и угол базального тельца в отношении её длинной оси (ротационная ориентация), влияют на функцию ресничек (Marshall,2008). Далее та же самая концепция позиционирования и 3D ориентации аксонемы будут исследованы для неактивных подвижных первичных ресничек. Возникает лейтмотив, что первичные реснички во многих тканях плохо изучены в отношении позиционирования и 3D ориентации аксонем; однако, эти свойства аксонемы, скорее всего, критические для нормальной функции первичных ресничек и поэтому заслуживают исследования.

SIGNIFICANCE OF AXONEMAL POSITIONING AND 3D ORIENTATION FOR PRIMARY CILIA IN POLARIZED EPITHELIA

Позиционирование возникающей аксонемы из клетки и ориентация аксонемы в 3D пространстве значительно менее сложны в первичных ресничках, ассоциированных с поляризованными эпителиальными клетками тубулярных органов, чем для активно подвижных ресничек или сенсорных ресничек. В самом деле, позиционирование и 3D ориентация аксонемы в этих первичных ресничках может быть описано прямых обобщений, которые характерны для широкого ряда типов тубулярных эпителиев. Эти обобщения, были установлены строго экспериментально; однако, отсутствуют указания в литературе, что что будет оспорена справедливость этих предеоложений. Это одна из причин, почему функциональные исследования первичных ресничек эпителиальных тканей имеют преимущества при всё более ускоряющихся темпах, чем данные по первичным ресничкам в др. типах клеток.

Аксонемы первичных ресничек в широком разнообразии высоко поляризованных эпителиальных тканей соответствуют базовой структуре, в которой взаимоотношения микротрубочек др. с др. постоянны от одного тапа клеток к др. типу клеток, тогда как сигнальные способности, связанные с мембранами ресничек отражают клеточно-специфические функции (Fig. 6A; Reiter,2008; Bloodgood,2010; Rohatgi and Snell,2010; Seeley and Nachury,2010; Evron et al.,2011; Francis et al.,2011; Tasouri and Tucker,2011; Vincensini et al.,2011). Показанные ли с помощью сканирующих ЭМ микрофотографий (Fig. 6B; Mykytyn et al.,2004), конфокальных изображений или диаграмм (Fig. 6C; Boletta and Germino,2003), аксонемы первичных ресничек изображаются как возникающие из центра сторны клетки, обращенной в проствет тубуляиного органа (Fig. 6F; Seeley and Nachury,2010). Опять же, как изображено схематически, практически все аксонемы в поле клетки расположены идентично. Это означает, что ткань с определенной 3D ориентацией аксонем в популяции клеток является тривиальным исполнением (Fig. 6C). Позиционирование апикальной аксонемы изучали в связи со становлением PCP для подвижных ресничек узелка и подвижных ресничек, ассоциированных с клетками со многими ресничками эпендимы и респираторного тракта (Goodrich,2008; Goetz and Anderson,2010; Marshall,2008,2010). В этих популяциях подвижных ресничек согласно одной гипотезе реснички первоначально позиционированы вторично по отношению к передаче сигналов планарной клеточной поярности, обладают способностью к самоорганизации в ответ на их собственными ресничками генерированный ток жидкости. Степень, с которой специфическое позиционирование и позднейшая ориентация популяций неподвижных первичных ресничек на эпителии результат взаимодействия передачи сигналов планарной клеточной полярности и пассивного изгибания в ответ на ток жидкости в окружении эта область, нуждающаяся в дальнейшем исследовании (Fig. 6E; Mitchell et al.,2007; Jones et al.,2008; Marshall and Kintner,2008; Marshall,2008,2010; Santos and Reiter,2008; Satir et al.,2010).

Ориентация аксонемы в 3D пространстве в ответ на ток жидкости для первичной реснички в поляризованных клетках эпителия важна всегда, как показано в 2D (Fig. 6D, as an example; Janmey and McCulloch,2007); искривление предполагает быть планарным в отношении направления тока жидкости. Движение аксонемы является пассивным, а форма волны в 3D пространстве не описана. Основной вопрос, сколько степеней свободы связано с искривлением аксонемы в ответ на ток жидкости для этих первичнх ресничек, является фундаментальным. Является ли аксонема благодаря своей радиальной симметрии, одинаково способной искривляться в ответ на ток жидкости во всех возможных направлениях и являются ли некторые сигнаьные пути активированными в ответ на ток жидкости в разных направлениях?

Для первичных ресничек поляризованного эпителия предполагается, что ток жидкости сгибает аксонему, при этом реакция чувствительных к натяжению белков ведет к передаче сигналов (Resnick and Hopfer,2008; Rydholm et al.,2010; Weinbaum et al.,2010). Схематически позиция изгибания аксонемы в эпителиальных клетках чаще всего обозначается как градиент изгиба с максимальным сгибанием в срединной точке аксонемы (Fig. 6D). Это противоречит немногим опубликованным видео сгибания аксонемы в ответ на ток жидкости in vitro, когда аксоенем кажется совершенно прямой, с максимальным изгибом в месте стыка аксонемы с клеточной поверхностью (Fig. 6G; Roth et al.,1988; Schwartz et al.,1997; Praetorius and Spring,2001). Положение изгиба может зависеть от длины аксонемы, но локализация белков, чувствительных к натяжению, связана с основанием реснички, это означает, что когда происходит изгиб специфически в основании, то активируется передача сигналов (Resnick and Hopfer,2008; Gardner et al.,2011; Rydholm et al.,2010). Основание является также местом с максимальными стрессами мембраны (Weinbaum et al.,2010). Важны ли др. позиции вдоль аксонемы, когда происходит изгибание аксонемы, неясно (Shiba et al.,2005; Rydholm et al.,2010; Weinbaum et al.,2010). Принимая во внимание, что место изгиба является важным для всех др. подвижных и неподвижных ресничек (пребывающих в активной waveform или ограниченной локализации), очень вероятно, что позиция изгиба вдоль аксонемы также важна для сигнальной трансдукции первичной ресничкой. tОстаются без ответа вопросы относительно реакции на искривление первичной реснички в высоко поляризованном эпителии, ассоциированном с тубулярными органами, включая следующие: (1) существует ли определенный порог изгибания, необходимый для активации сигнальной трансдукции? (2) активируются ли те же самые сигнальные пути при разных степенях изгиба? и (3) является ли система переключаемой и/или она испытывает рефрактерный период после искривления? (Whitfield,2008; Lee et al.,2010).

Поскольку аксонемы первичных ресничек в области эпителиальных клеток позиционированы одинаково и отвечают как поле сгибания аксонем без сложной формы волны (waveform), исследования in vivo сигнальных реакций на ток жидкости не только возможны, но и предполагают прямое отражение системы in vivo (Shiba et al.,2005; Rydholm et al.,2010). Это означает, что in vitro анализ является мощным подходом для анализа специфических путей передачи сигналов, как это было прдемонстрировано для сигнальной трансдукции посредством пассивного сгибания аксонем первичных ресничек эпителиальных клеток почки. Установлена сложность изучения передачи сигналов первичными ресничками в нейронах, миоцитах и клетках соединительной ткани, особенно затруднено исследованием in vitro и in vivo, поскольку позиционирование аксонемы, изгибание и ориентация в 3D пространстве не могут быть описаны с помощью обобщений, приложимых униформно ко всем клетками внутри популяции in vivo.

GENERALIZATIONS: AXONEMAL POSITIONAL CHARACTERISTICS FOR PRIMARY CILIA IN ADDITIONAL TISSUE TYPES

Исследования, завершенные декаду тому назад, установили, что для нейронов, хондроцитов, остеоцитов и гладкомышечных клеток (среди прочих) характерным является одна первичная ресничка на клетку (examples include Wilsman,1978; Wilsman and Fletcher,1978; Wilsman et al.,1980). Коллекция данных, необходимых для анализа с помощью серийных срезов для ЭМ, и большинство исследований подобного типа были проделаны прежде функционального анализа первичных ресничек на уровне световой микроскопии. Исследователи часто коментировали позиционные характеристики аксонемы относительно клетки, но не было исследований систематически предпринимаемых с целью охарактеризовать позиционную информацию для аксонем внутри клеточной популяции в ткани. Важно подчеркнуть, что из-за гетерогенности, связанной с позиционированием аксонем на клетке у разных клеток в этих клеточных популяциях, даже бедные описательные данные редки для большинства тканей, а обобщения для аксонем внутри клеточной популяции отсутствуют.

Однако, базируясь на наблюдаениях, сделанных в последние 50 лет, становится ясно, что существуют множественные важные способы, с помощью которых позиционные характеристики аксонем первичных ресничек отличаются от таковых, рассмотренных или для первичных ресничек, ассоциированных с высоко поляризованным тубулярным эпителием или для подвижных и/или сенсорных ресничек, обнаруживаемых во многих органах. Во-первых, первичные реснички нейронов, мышечных клеток и клеток соединительной ткани обнаруживаются с аксонемами, по крайней мере, частично внедренными в то. что сегодня обозначается как ямка или карман реснички (Fig. 7A,B; Sorokin,1962; Garant et al.,1968; Haust,1987; Jensen et al.,2004; Ghossoub et al.,2011). Карман реснички является инвагинацией плазматической мембраны, которая у разных клеток внутри популяции, может окружать или часть аксонемы перед её выходом в окружающий матрикс или может окружать по-существу всю аксонему перед её выходом (Fig. 7A–E; Albrecht-Buehler and Bushnell,1980; Poole et al.,1985; Breunig et al.,2008; Molla-Herman et al.,2010; Rattner et al.,2010; Rohatgi and Snell,2010). Близость аксонемной мембраны к плазматической мембране кармана варьирует и обозначается как резервуар реснички (Moser et al.,2010). Ясно, что инвагинация кармана образуется глубоким прогибом плазматической мембраны в месте закрепления базального тельца и обычно симметрично располагается, окружая аксонему в её существенной фракции от общей длины аксонемы (Rohatgi and Snell,2010). Внутри данной популяции клеток аксонемы могут быть обнаружены полностью внедренными в ямку в некоторых клетках и полностью выступать из др. клеток, с целым диапазоном частичного внедрения.

Была предложена гипотеза о важности кармана для формирования специфического микроокружения аксонемы реснички, связанной с везикулярным переносом для эндоцитоза и/или экзоцитоза; с созданием микроусловий для специфических сенсорных функций; с временным контролем экспозиционирования аксонемы растворимым сигнальным факторам и/или с избирательной сортировкой белков и липидов в ресничку; или с созданием стабильного actin-cilium интерфейса для позиционирования реснички (Molla-Herman et al.,2010; Rohatgi and Snell,2010; Ghossoub et al.,2011). Это связано в конечном итоге с тем. как трафик регуляируется внутри реснички и имеется ли барьер для диффузии в основании реснички (Breslow and Nachury,2011; Ocbina et al.,2011). Учитывая потенциал для интерактивного эффекта между длиной аксонемы и чувствительностью, было также предположено, что в разной степени находящиеся в кармане аксонемы могут быть связаны изменчивостью в восприимчивости аксонем и/или амплифкацией сигнала (Gardner et al.,2011; Kim et al.,2010; Weinbaum et al.,2010; Abdul-Majeed et al.,2011; Rondanino et al.,2011). Однако, степень динамических движений аксонемы данной клетки в зависимости от крайних вражений, по-существу от полного окружения карманом, или от полностью вытянутой от плазматической мембраны, неизвестна (Moser et al.,2010). Sorokin (1962) полагает, что в неполяризованных клетках взаимоотношения аксонемы с карманом устанавливаются во время цилиогенеза. Однако, сегодня неизветно, до какой степени карман варьирует в зависимости от времени для данной клетки или клеток внутри популяции, или почему некоторые клетки имеют карман. а соседние клетки нет.

Во-вторых, аксонемы первичных ресничек в поляризованном эпителии появляются из клетки в заполненную жидкостью тубулярную среду, аксонемы первичных ресничек в др. тканях чаще всего проникают непосредственно в ECM, который, хотя и заполнен жидкостью, характеризуется также сложными ассоциациями структурных молекул (Fig. 7F; Satir and Christensen,2007). Природа и степень непосредственного прикрепления мембраны реснички к ECM были изучены и оказалось, что они разные в разных типах клеток (Poole et al.,2001; Jensen et al.,2004; McGlashan et al.,2006; Christensen et al.,2008; Knight et al.,2009). Изгибание аксонемы в этих клетках также может быть пассивным, поскольку аксонема движется одновременно с ECM под действием сжатия и растяжения во время движения (Fig. 7G), вообще то посредством integrin-заисимого сигнального каскада (Shyy and Chien,1997; Grashoff et al.,2003; Terpstra et al.,2003; Millward-Sadler and Salter,2004; Whitfield,2008; Lee et al.,2010; McGlashan et al.,2010). Сходные пути механотрансдукции, участвующие в восприятиях посредством первичных ресничек, могут действовать также в сосудистых гладкомышечных клетках (Wang and Li,2010; Shi and Tarbell,2011). Важным вопросом остается, отражает ли сгибание аксонемы в тканях таких как хрящ или сухожилие сжимающую и растягивающую природу окружения в этих тканях? Хотя это и не было исследовано экспериментально, интуитивно предполагается, что свобода движений аксонемы реснички д. быть полностью ограничена, если она окружена ECM, и не соответствует той же самой временной шкале, наблюдаемой в первичных ресничках эпителия в тубулярных органах с жидким окружением.

Разные степени сгибания аксонемы реснички возникают из-за кармана реснички, показанного на Figure 8A–C. У всех у них, аксонема обнаруживает определенный уровень заточения. На Рис. 8A, заточение аксонемы распространяется от суставного хондроцита в ECM а также путем непосредственного прикосновения аксонемы к плазматической мембране соседней клетки. На Рис. 8B, аксонема хондроцита, возниает из мелкого кармана реснички, но непосредственно изгибается, чтобы следовать в соответствии с кривизной плазматической мембраны, указывая на очень ограниченную способность к перемещению, даже пассивному (Wilsman and Fletcher,1978; Poole et al.,1985). В фибробласте на Рис. 8C, аксонема проникает в пространство, ограниченное коллагеновыми фибриллами ECM (Brooker et al.,1971). В этих неэпителиальных клетках крутые изгибы, почти загибы, по-видимому, ограничивают аксонему в пространстве и в противополжность временным гибким пассивным движениям аксонем первичных ресничек поляризованных эпителиев тубулярных органов. В хондроцитах анализ серийных срезов EM продемонстрировал неуниформное окончание аксонемных микротрубочек (Fig. 8D), это может быть интерпретировано, как неравномерная структурная жесткость вдоль аксонемы (Wilsman,1978; Wilsman et al.,1980). Это может частично быть связано с дозволением острого изгиба аксонемы, когда она покидает или плезматическую мембрану или карман реснички, с точкой перегиба отличной от клетки к клетке в зависимости от степени жесткости локальной аксонемы, как это было смоделировано для активно двигающихся ресничек (Mitchison and Mitchison,2010). Было также предположено, что в качестве альтернативы сгибанию аксонемы как потребности в восприятии, восприятие давления может быть первичным способом кончика реснички получать сигналы от внешней среды, чтобы переслать их через аксонему в клетку и активировать пути сигнальной трансдукции (Bell,2007,2008). По-видимому, ресничка с квази-перманентным или перманентным изгибом, обусловленным ограничением с помощью ECM , должна быть способна воспринимать средовые сигналы посредством такого типа механизма восприятия давления

Третьим наблюдением является то, что взаимоотношение аксонемы с соседними клетками той же самой популяции in situ трудно определить, но определенно это менее предсказуемо, чем то, что обнаружено для аксонем первичных ресничек высоко поляризованного эпителия. Пример этого на Рис. 8E миоэпителиальная клетка (M) в молочной железе телят (Nickerson,1989). Ресничка (C) появляется в тесной близи к, почти касаясь, эндотелиальной клетки (E). Точно такая же сложность может наблюдаться в сильно нерегулярных по форме эпителиальных клетках (E, Fig. 8F), также в молочных железах, где ресничка (C) проникает в просвет (L) в тесной близости к макрофагу (MA; Nickerson,1989). Др. пример показан для реснички интерстициального клеточного типа II в энтерическом сплетении двенадцатиперстной кишки крыс (Fig. 8G). Аксонема возникает, касаясь соседнего нервного ствола (nt) в ограниченном пространстве (Escribano et al.,2011; Sasano,1986). Как показано на этих примерах расположение аксонемы реснички для данной клетки относительно ресничек др. клеток популяции тружно определить и необходимы трудоёмкие попытки, чтобы охарактеризовать, когда аксонема появляется в тесной близи к др. клеткам и оказывается близкой к или даже окруженасоседними клетками. Расположение аксонемы относительно клеток с первичными ресничками поляризованного эпителия, также как и подвижные и сенсорные популяции ресничек, как известно, является критическим для оптимальной функции. Сложность и изменива природа расположения аксонем нерегулярной формы эпителиальных клеток, нейронов и гладкомышечных клеток и клеток соединительной ткани хорошо документированы. Важная область. нуждающаяся в дальнейших исследованиях это степень, с котрогой специфическое позиционирование аксонем необходимо для нормального функционирования ресничек в этих разных типах клеток (Goodrich,2008).

Финальное наблюдение относительно расположеня аксонем в неэпителиальных клетках связано с тем, что базальное тельце реснички и ассоциированная центриоля характерным образом остаются ассоциированы с Гольджи клетки в околоядерной позиции. Т.к. взаимоотношение аппарата центриоли с Гольжди во время клеточного цикла, включая митозы, хорошо известно (Santos and Reiter,2008; Gerdes et al.,2009; Nigg and Raff,2009; Goncalves et al.,2010; Satir et al.,2010; Seeley and Nachury,2010; Gibson et al.,2011; Kim et al.,2011), то полярность эпителиальных клеток после деления является такой, что тесная внутриклеточная близость этих органелл иногда теряется во время цилиогенеза, когда материнская центриоля закрепляется на плазматической мембране, формируя базальное тельце (Dawe et al.,2007; Pearson et al.,2007; Pitaval et al.,2010). Однако, в клетках, происходящих из соединительной ткани, таких как амелобласты. хондроциты (Fig. 2A),и остеоциты и tenocytes (Fig. 2B), близкое расположение первичной реснички и её центриоли к оклоядерному Гольджи является характерным признаком, который, по крайней мере, частично определяет позицию реснички относительно клетки (Poole et al.,1997).

GENERALIZATIONS: AXONEMAL ORIENTATION IN 3D SPACE FOR PRIMARY CILIA IN MULTIPLE TISSUE TYPES

Единственное приемлемое обобщение может быть сделано относительно ориентации в 3D пространстве аксонемы первичной реснички в ткани иной, чем высоко поляризованный эпителий тубулярных органов это то, что от клетки к клетке 3D ориентация аксонем чрезвычайно изменчива. Рис. 9 показывает ЭМ фотографии суставных хондроцитов, представленных в соотв. ориентации относительно кости. Ориентация аксонемы относительно клетки отлична во всех трех клетках. На Рис. 9A аксонема видна на поперечном срезе, , следовательно, ориентирована ортогонально к плоскости среза. На Рис. 9B, аксонема появлятся под углом ~ 45° относительно длинной оси хондроцита ; на Рис. 9C аксонема появляется под углом, почти параллельным длинной оси клетки. На Рис. 9D клетки бронхиолярных гладких мышц воздушных путей человека, аксонемы ресничек, видные при световой микроскопии по реакции с антителами к α-tubulin. Разные степени изгиба аксонемы и разные углы относительно клетки интерпретируются как имеющие разную ориентацию аксонемы ресничек в 3D пространстве после выхода из клетки (Wu et al.,2009). Similarly, В поле гипоталямических нейронов на Рис. 9E, аксонемы ресничек (green) авходчт из тел нейрональных клеток (red) во многих направлениях (Fuchs and Schwark,2004). Единственным исключением из этого обобщения является преимущественная ориентация аксонем первичных ресничек сосудистых гладкомышечных клеток, расположенных примерно под 60° плоскости поперечного разреза артерии, т.к. они проецируются в ECM (Lu et al.,2008).

Количественые данные, описывающие ориентацию аксонем ресничек в 3D пространстве, необходимы, поскольку профили аксонем через все соседние серийные срезы, в которых они появляются, оказываются в серийных срезах на уровне EM или необходимо оптическое секционирование с помощью конфокальной или мультифотонной микроскопии. Поэтому из единственного изображения можно сделать единственный вывод, что имеется очевидная изменчивость 3D ориентации аксонем разных клеток в популяции, которая находится в контрасте с согласованной ориентацией в 3D пространстве первичных ресничек в популяции клеток поляризованного эпителия тубулярных органов. Однако, даже снимок на Рис. 9A–C аксонем ресничек в разных клетках популяции в один момент времени ставит вопросы, важные для понимания функции этих ресничек в этих клетках. Для данной клетки, является ли ориентация 3D аксонемы фиксированной или она способна изменяться со временем? Одно из предположений, которое базируется на их микротубулярной 9+0 структуре, способны или нет первичные реснички к активному движению, могут ли аксонемы двигаться пассивно и необходимо ли это для сигнальной трансдукции? Для данной клетки в пролиферирующей популяции, такое как активно делящиеся клетки в ростовой пластинке хряща, будет ли аксонема, по крайней мере, одной из дочерних клеток отражать исходную 3D ориентацию аксонемы материнской клетки перед делением, как это предполагаеся для мигрирующих фибробластов (Albrecht-Buehler,1977; Albrecht-Buehler and Bushnell,1979; Katsumoto et al.,1994)? Поскольку многие соединительные ткани демонстрируют высокую тканевую анизотропию, устанавливается ли 3D ориентация аксонем ресничек даной клетки посредством механизмов, связанных во становлением планарной клеточной полярности в эпителиальных клетках?

AXONEMAL POSITIONING AND 3D ORIENTATION: QUANTITATIVE DESCRIPTIVE DATA FOR A POPULATION OF CONNECTIVE TISSUE CELLS

Для аксонем, ассоциированных с первичными ресничками в неэпителиальных тканях существует изменчивость как позиционировании базальных телец в клетках, так и в 3D ориентации аксонем от клетки к клетке в популяции. Возникает вопрос: несмотря на межклеточную изменчивость, существует ли постоянство, которое могло бы быть определяющим для всех аксонем внутри данной клеточной популяции? Существует гипотеза, что изменчивость в направленном расположении и в 3D ориентации аксонем являются важными для скоординированной интеграции реакций клеток популяции в ткани, особенно для тканей, таких как ростовая пластинка и суставной хрящ, где сожержание клеток невелико и клетки не имеют непосредственных контактов др. с др. Эти ткани очень чувствительны к своему механическому окружению и высоко анизотропны как в матричной, так и клеточной организации. Предполагается, что информация о механических условиях ткани воспринимается индивидуальными клетками и является уникальной для специфической позиции клетки внутри ткани. Общение между клетками для скоординированного отваета популяции может осуществляться посредством ECM, хотя и более высокого порядка межклеточные коммуникации были продемонстрированы для нервной сети и сети костных клеток (Banes et al.,2001; Turner et al.,2002; Bray et al.,2005; Bonewald and Johnson,2008; Goodrich,2008; Green and Mykytyn,2010; Vladar et al.,2009; and recently discussed in Farnum and Wilsman,2011). Это также согласутся с гипотезой, что соединительная ткань может функционировать как механо-чувствительная сигнальня сеть для всего тела (Langevin,2006).

Результаты недавно опубликованных исследований продемонстрировали, что количественные описательные данные для суставных хондроцитов из разных регионов (под действием и не под действием веса) и из разных клеточных зон (хондроциты поверхностной зоны и хондроциты зоны радиации) могут описывать позиционирование клеточных аксонем и ориентацию в 3D пространстве с большей силой предсказания для популяций клеток, чем для каждой данной клетки внутри популяции (Farnum and Wilsman,2011). Рис. 10 показывает как хондроциты поверхностной зоны (Fig. 10A) хондроциты зоны радиации (Fig. 10B), демонстрируя различия в размере и форме клеток двух популяций. EM серийные срезы были сделаны и скоординированы для φ_axoneme и Θ_axoneme относительно суставной поверхности дистальной части бедра, были обсчитаны для более 400 ресничек представлены как график в полярных координатах (as explained in the caption for Fig. 10). Графикаи на Figure 10C–F позволют сделать сл. заключения:

1. Позиция, в которой аксонемы появляются из клетки: отлична для клеток из поверхностной и radiate зон. По-существу все аксонемы в клетках поверхностной зоны появляются на стороне клетки, обращенной прочь от суставной поверхности (Fig. 10D). В клетках зоны радиации аксонемы появляются из клеток приблизительно одинаково в направлении и прочь от суставной поверхности (Fig. 10E). В регионах, не подверженных действию силы тяжести этот общий паттерн становится более случайным в обеих клеточных популяциях (показаны только клетки поверхностной зоны, Fig. 10F).

2 . Ориентация аксонем в 3D пространстве: для хондроцитов поверхностной зоны в регионах подверженных действию веса, по-существу все аксонемы направлены прочь от суставной поверхности (φ_axonemeограничены 90° - 180°); в медиальной/латеральной и краниальной/каудальной плоскости Θ_axoneme принимают занчения всего диапазона от 0° до 360° (Fig. 10D). Хондроциты зоны радиации обладают полным диапазоном φ_axoneme и более ограниченным диапазоном Θ_axoneme (data not shown; see Farnum and Wilsman,2011).

Поскольку специфика данных интересна для интерпретации возможной функциональной роли первичных ресничек в суставном хряще, она делает возможным обобщение, важное для данного обзора. Это исследование четко демонстрирует, что хотя для каждой данной клетки популяции проанализированных хондроцитов невозможно предсказать в целом точность или позиции появления аксонемы из клетки или 3D ориентации аксонемы в 3D пространстве после её появления из клетки, оказаось возможным описать популяционные характеристики, которые позволяют сделать предсказания для популяии хондроцитов разных подверженных и не подверженных действию веса регионов и для разных клеточных зон. Сила предсказания отличалась для каждой из таких субпопуляций и для двух разных параметров, варьирующих от крайностей с существенной определенностью (аксонемы поверхностных подверженных действию веса клеток появляются из клеток в позиции на несуставной стороне клетки) к по-существу к случайному, которое не может быть предсказано для данной клетки (аксонемы подверженных весу клеток ориентированы под всеми возможными углами Θ_axoneme в направлении поверхности субхондральной кости). Эти данные суммированы в таблице на Figure 10G, где роза диаграм указывает на относительные степени расположения аксонем внутри данной популяции хондроцитов суставного хряща. Наивысшее результирующее значение для поверхностной зоныхондроцитов у регионах подверженных действию веса отражает ограничение занчений φ_axoneme только на 1/2 от их потенциальных значений. Столь же высокое результирующее значение для хондроцитов зоны радиации в регионах, подверженных действию веса, является отражением взаимодействия равного деления аксонем, направленных в направлении и прочь от суставной поверхности со слегка ограниченным значением Θ_axoneme в обоих из этих направлений.

Интересно, что ориентации аксонем в поверхностных подверженных действию веса областях концептуально сходны с таковыми аксонем обонятельного эпителия: появляющиеся на одной стороне ассоциированной клетки, но затем ориентированные в 3D пространстве во всевозможных направления (Fig. 1G; Mayer et al.,2009; DeMaria and Nagi, 2010; Green and Mykytyn,2010). Различием является конечно то, что обонятельные сенсорные нейроны имеют кластер из 6–8 ресничек на клетку, тогда как хондроциты поверхностной зоны только одну ресничку на клетку. Результат достигается тот же самый: тотальное 3D “покрытие” внеклеточного пространства популяции клеток. Для обоняния такая специфичность организации в конце концов ведет к интегрированному восприятию запаха в ЦНС (Zou et al.,2001; Menini et al.,2004; McEwen et al.,2008; Mayer et al.,2009). Можно полагать, что сравнимая 3D организация аксонем ресничек в хондроцитах поверхностной зоны можетприводить к сходному уровню скоординированного сенсорного восприятия и интеграции в суставном хряще.

Второе исследование ориентации аксонем в 3D пространстве в tenocytes из extensor сухожилия крыс с использованием иммуногистохимии для идентификации аксонем ресничек и мультифотонной микроскопии в качестве подхода для анализа оптических серийных срезов (Fig. 10J; Ascenzi et al.,2007; Donnelly et al.,2008,2010; Farnum et al.,2009). Теноциты отличаются от суставных хондроцитовтем. что они образуют синцитий из клеток с потенциалом для клеток по всей ткани общаться др. с др. (Fig. 10H; Bray et al.,2005). Внутри популяции теноцитов, Θ_axoneme обладает значениями, распадающимися на два ораниченных диапазона, демонстрируя линейное расположение, по-существу, параллельное направлению фибрилл коллагена типа I с. по-существу, равными количествами аксонем, направленных в проксимальном и дистальном напрвлениях относительно длинной оси конечности (Fig. 10I). φ_axoneme обнаруживают очень узкие пределы, демонстрируя минимальное возвышение аксонемы относительно передне-задней оси конечности (Fig. 10I). Следовательно, одно и то же обобщение приложимо и к сухожилиям, как и к суставному хрящу: 3D ориентация аксонем различается среди индивидуальных клеток, но определимо для популяции клеток с предсказуемыми диапазонами для φ_axoneme и Θ_axoneme для данной клетки внутри популяции (Donnelly et al., 2008, 2010; Farnum and Wilsman,2011).

AXONEMAL POSITIONING AND 3D ORIENTATION IN CILIOPATHIES

Изменения как в позиционировании аксонем, так и ориентации аксонем в 3D прострнстве является признаком цилиопатий, которые затрагивают активно движущиеся реснички. Нарушения формы колебаний в наиболее крайних проявлениях приводят к тотальной неподвижности ресничек, это ассоциирует с широким кругом дисфункции ресничек под общим названием дискинезия первичных ресничек (De longh and Rutland, 1989; Biggart et al.,2001; Afzelius,2004; Badano et al.,2006; Bisgrove and Yost, 2006; Sharma et al.,2008; Winyard and Jenkins,2011; and see also Wheatley,2005). Триада симптомов при синдроме Kartagener's—хронические бронхоэкстазы, бесплодие мужчин и situs inversus totalis у половины пациентов—известна более 75 лет до того как была связана с дефектами подвижности ресничек/жгутиков. Ранние гипотезы предполагали также связь с дисфункцией ресничек и дефектами симметрии. Сегодня стало понятно, что точное позиционирование и 3D ориентация ресничек узелка (включая соотв. угол наклона) необходимы дляизменения оси симметрии тела, связанной со становлением латерализации (Fig. 5F; Fliegauf et al.,2007; Basu and Breuckner, 2008; Borovina et al.,2010). Сходным образом для ресничек, ассоциированных со специальными чувствами, хорошо установлено, что нарушения или позиции или 3D ориентации ведет к сенсорным дефектам, общим проявлениям цилиопатий (Hildebrandt and Otto,2005; Jenkins et al.,2009; D'Angelo and Franco,2009; Nachury et al.,2010).

Позиционирование и 3D ориентация аксонем определены с точностью для активно подвижных ресничек, ресничек узелка и ресничек, ассоциированных со специальными чувствами, и любая потеря этой точности нарушает функцию. Прекрасным примером является потеря ориентации пучка стереоцилий в улитке PCP мутантов, которые не устанавливают инициальную клеточную полярность, а также у мутантов intraflagellar transport (IFT), у которых базальное тельце не устанавливается снова соотв. образом после первночального присоединения. Оба дефекта ассоциированы с повышением случайности в ориентации пучка стереоциий, даже когда они действуют на разных стадиях, ассоциированных с позиционированием базального тельца и 3D ориентацией (Fig. 11A; Goetz and Anderson,2010). Исследования были также сфокусированы на молекулярных аспектах нарушений подвижности, обнаруживаемых при цилиопатиях, ассоциированных с неправильными позиционированием и 3D ориентацией ресничек из-за аномалий установки (docking). Прекрасным примером является потеря ориентации ресничек мерцатеьного эпителия у эмбрионов амфибий с мутацией disheveled (Fig. 11B; Park et al.,2008). Итак: потеря соответсвующего расположения аксонем нарушает функцию (Hoyer-Fender,2010).

Принимая во внимание. что соотв. расположение и/или 3D ориентация ресничек характерна для цилиопатий сенсорных и подвижных ресничек, включая реснички узелка, не удивительно, что сходная потеря ориентации/позиции обнаруживается при цилиопатиях первичных ресничек (обозначемых как дискинезия в первую очередь первичных ресничек [sic] by Wheatley,2005), которые обнаруживают скелетный фенотип (McGlashan et al.,2007; Ruiz-Perez et al.,2007; Haycraft and Serra,2008; Nigg and Raff,2009; Ochiai et al.,2009; Retting et al.,2009; Zaghloul and Katsanis,2009; Lee et al.,2010; Qiu et al.,2010; Ascenzi et al.,2011; Zaghloul and Brugman, 2011). Наиболее изученные из них на клеточном уровне сязаны сростовой пластинкой хряща, которая функционирует во время как пренатальной, так и постнатальной жизни в качестве ткани, ответственной за элонгацию кости. Хндроциты хряща ростовой пластинки подвергаются дифференциальному каскаду пролиферации и увеличения клеток, прежде сем они погибнут и будут замещены клетками формирующейся кости. Хондроциты ростовой пластинки расположенны столбиками в направлении элонгации кости и такое чрезвычайно анизотропное устройство ткани необходимо для эффективной элонгации (Wilsman et al.,1996). Любая скелетная аномалия, ведущая к нарушению длины кости, так более 300 типов карликовости и хондроплазий проявляются морфологически в ростовой пластинке в результате потери клеточной формы (стремление округляться скорее, чем удлиняться) и потери образования столбиков хондроцитов (стремление к образованию рыхлых дезорганизованных столбиков) (Terpstra et al.,2003; Leighton et al.,2007; Ahrens et al.,2009; Retting et al.,2009; and reviewed in Farnum and Wilsman,2001,2002; Wuelling and Vortkamp,2010).

Изучали фенотипы ростовой пластинки при цилиопатиях первичных ресничек, наблюдалось характерное округление клеток и потеря способности образовывать столбики, приводила к укорочению и утолщению костиl (Zhang et al.,2003; Haycraft and Serra,2008; Lehman et al.,2008; Li and Dudley,2009; Ochiai et al.,2009; Retting et al.,2009; Bimonte et al.,2010; Walczak-Sztulpa et al.,2010). первичная ресничка. как было прдеположено, участвует в направленных клеточных перемещениях после митозов, при этом первичная ресничка располагается фактически по оси через столб, возникая с противположной стороны постмитотических дочерних клеток (Fig. 11C, left), , следовательно, важным является направление их вдоль проксимо-дистальной оси кости (Dodds,1930; Leighton et al.,2007; Morales,2007; Haycraft and Serra,2008; Ahrens et al.,2009: Li and Dudley,2009; Farnum and Wilsman,2011). В ростовой пластинке остеохондром ориентация столбиков теряется, также как и позиционирование выхода аксонем. Хондроциты ростовой пластинки также выглядят более изменчивыми по форме и более округлыми по сравнению с нормой (Fig. 11C, right; de Andrea et al.,2010).

Сходная тенденция в отношении потери тканевой анизотропии наьблюдается на диаграмме Figure 11D, у мутантов (polaris, synonymous with IFT88) , непосредственно ассоциированных со становлением ресничек под действием PCP в эпителиальных клетках (Haycraft et al., 2007; Haycraft and Serra, 2008; Ochiai et al.,2009). По сравнению с организацией в контроле (Fig. 11D, top), мутанты polaris обнаруживают дезорганизацию столбиков и округление клеток (Fig. 11D, bottom), а также потерю клеточной организации суставного хряща. Тот же самый морфологический фенотип характеризует мутантов Kif3a, Smad1/5CKO и Evc (Ellis-von Crevell) (Zhang et al.,2003; McGlashan et al.,2007; Ruiz-Perez et al.,2007; Retting et al.,2009; Tasouri and Tucker,2011).

Окончательное исследование позиционирования и 3D ориентации аксонем не было сделано в нормальной и аномальной ростовой пластинке хряща у этих ciliary мутантов. Необходимо исследовать молекулярные основы того, как характерный фенотип ростовой пластинки у мутантов связан с дисфункцией ресничек, особенно какова связь между потерей функции ресничек и потерей расположения в столбики, сопровождаемого округлением клеток. По-видимому, то же самое инициальное заключение сделать. что и при цилиопатиях с несоответствующим позиционирование и/или ориентацией подвижных ресничек и ресничек, специализированных для восприятия чувств. Существуют взаимные отношения между потерей соотв. характеристик позиционирования аксонем и нарушением функции ресничек. Вопрос исследовался путем моделирования характеристик позиционирования аксонем у нормальных мышей по сравнению с мутантами со скелетным фенотипом skeletal phenotypes (Ascenzi et al.,2011). Существенные затруднения в разработке экспериментальных систем для анализа молекулярных механизмов, связанных с нарушениями функции первичных ресничек в соединительной ткани с несоответствующими характеристиками позиционированя аксонем и м установлением взаимотношений нарушений функций ресничек с потерей тканевой анизотропии и соотв. клеточных форм.

SIGNIFICANCE OF AXONEMAL POSITIONING AND ORIENTATION IN 3D SPACE FOR PRIMARY CILIA: PERSPECTIVES AND AREAS FOR FUTURE STUDY

В исторической перспективе степень знаний позиционных и пространственных взаимоотношений варьирует широко, с одной стороны, этоактивные подвижные реснички тублярных органов, реснички узелка, сильно модифицированные реснички для восприятия чувств и с др. стороны первичные реснички поляризованного эпителия, а также тканей со сложной тканевой организацией и нерегулярной клеточной формой. В наиболее изученных системах—таких как активные подвижные реснички со сложными колебательными формами в виде metachronal волн, nodal ресничек, расположенных под специфическим углом с синхронными вращательными движениями и сенсорные реснички , ассоцированые со зрением, запахом и слухом—ясно, что соотв. расположение аксонемна клетке, также как и соотв. ориентация аксонем в 3D пространстве являются позиционными аттрибутами, важными для нормальной функции. Хотя современые данные бедны, разумно предположить, что эти две позиционные характеристики являются важными для нормальной функции первичных ресничек.

Primary Cilia in Polarized Cells of Tubular Epithelia: Are They Outliers in Their Simplicity Relating to Axonemal Positional Characteristics?

Первичные реснички появляются одна на клетку; аксонема, как полагают, изменяет 3D ориентацию только благодаря пассивному движению. Они лучше всего понятны на молекулярном уровне в высоко поляризованных клетках эпителия трубчатых органов. Для этих первичных ресничек наблюдается центральное появление из апикальной поверхности клетки и 2D планарная ориентация аксонемы в 3D пространстве в качестве движимых током жидкости и выглядящих одинаково вдоль всего предела тубулярного эпителия, делая целиком эту группу ресничек наиболее гомогенными в отношении позиционных характеристик аксонемы. Базовые вопросы биологии ресничек активно исследуются на это относительно простой системе, поскольку она пригодна сама по себе и для манипуляций in vitro; поскольку нормальное положение и 3D ориентация строго определены.

Области активных исследований, направленных непосредственно на позиционные характеристики аксонемы этих первиных ресничек, сфокусированы на очень фундаметальных вопросах, которые могли бы, скорее всего, улучшить наше понимание позиционирование и 3D ориентацию аксонем в ресничках всех типов. Сюда входят: каковы молекулярные механизмы, участвующие в позиционном расположении материнской центриоли и её созревании в базальное тельце (Reiter and Mostov,2006; Dawe et al.,2007; Feldman et al.,2007; Pearson et al.,2007; Jonassen et al.,2008; Goetz and Anderson,2010; Goncalves et al.,2010; Mirzadeh et al.,2010; Kobayashi and Dynlacht,2011)? Как позиционирование реснички на родительской клетке связано с путями, которые контролируют ориентированные клеточные деления и устанавливают планарную клеточную полярность (Jones et al.,2008; Dai et al.,2010; Quyn et al.,2010; Shah,2010; Croyle et al.,2011; Gibson et al.,2011; Wansleeben and Meijlink,2011)? Будучи центрально расположенной после инициальной установки базального тельца, нужадются ли в дополнительной миграции базальное тельце и аксонемный комплекс, чтобы центральное положение стало менее центральным? Это может быть аналогично тому, что было продемонстрировано для позиционирования ресничек во внутреннем ухе (Cotanche and Corwin,1991; Denman-Johnson and Forge,1999; Jones et al.,2008). Как контролируется длина аксонемы и каковы взаимоотношения длины аксонемы с наклоном аксонемы и сигнальной трансдукцией (Gardner et al.,2011; Kim et al.,2010; Abdul-Majeed et al.,2011; Rondanino et al.,2011)? Наконец. что доказывает, что сигнальные белки могут локализоваться асинхронно в первичных ресничках сестринских клеток, делая возможной сеграгацию разного возраста центриолей, приводя к изменчиваости сигнальных реакций первичных ресничек на средовые сигналы внутри популяции клеток (Anderson and Stearns,2009)?

Axonemal Positional Relationships of Primary Cilia in Nonepithelial Cells: Might Heterogeneity at the Cellular Level Be Significant for Integrated Function at the Tissue Level?

Dissecting these same questions as they relate to primary cilia in nonepithelial cells such as neurons, myocytes, and cells of connective tissues (and in epithelial cells of irregular shape) is a challenge. However, these kinds of tissues may offer opportunities for examining the relationship between tissue organization and cellular shape, especially in highly anisotropic connective tissues, (Bornens,2002; Benzing and Walz,2006; Jones and Chen,2008; Blitzer et al.,2011; Minc et al.,2011). Results for axonemal positioning on the cell and axonemal 3D spatial orientation as found for articular chondrocytes and tenocytes are intriguing, because they clearly indicate that: (1) For cells of a defined shape, the position of emergence of the axoneme from the cell often has mirror-image symmetry from cell to cell (Figs. 2C, 10I); and (2) Although axonemal orientation in 3D space varies from cell to cell, it can be defined at a population level.

This suggests that axonemal positioning may be critical, not specifically for individual cells, but rather for the population of cells residing in a tissue. Important questions to address include: (1) Does the primary cilium have a role in establishing tissue organization in highly anisotropic tissues? (Chang et al.,2003; Li and Dudley,2009; Tao et al.,2009; Vladar et al.,2009); (2) In tissues where cells are of irregular shape or not highly polarized, what is the relationship (if any) between the primary cilium, cellular shape and pathways usually associated with the establishment of planar cell polarity? (Wang and Nathans,2007; Zallen,2007; Goodrich,2008; Jones et al.,2008; Spassky et al.,2008; Vladar et al.,2009; Blitzer et al.,2011); (3) In these tissues does the position of the basal body on the plasma membrane reflect its initial docking position, or is there the capability of lateral movement postdocking that might be critical for establishing cellular polarization, as has been demonstrated both in unicellular organisms (Absalon et al.,2007), as well as in establishment of cellular polarity in the inner ear (Cotanche and Corwin,1991; Denman-Johnson and Forge,1999; Jones et al.,2008; Jones and Chen,2008); and (4) In tissues where cells are isolated from each other, can experiments be designed to test the hypothesis that 3D orientation of the ciliary axoneme is related to intercellular communication (with individual cilia potentially involved with both sending and receiving information) through the extracellular matrix? (Wu et al.,2001; Whitfield,2004; Ingber,2006; Berzat and Hall,2010; Wheatley,2010).

In several ways spatial and positional relationship of the axonemes of primary cilia in nontubular organs are unique and lead to questions that may help in understanding the function of this subset of cilia. How are the cilia in cells that are surrounded by a dense ECM actually responding? Is it by bending translated through the ECM, by actual physical contact with adjacent cells, or through sensing pressure at the axonemal tip? (Whitfield,2003,2008; Janmey and McCulloch,2007; Bell,2007,2008; Chakravarthy et al.,2010; Wang and Li,2010). What is the significance of the ciliary pocket and the potential diffusion barrier at the base of the cilium in these cells? (Hu et al.,2010; Nachury et al.,2010; Breslow and Nachury,2011; Francis et al.,2011; Ghossoub et al.,2011). What is the significance of the apparently fixed angles of bending seen in axonemes of primary cilia of connective tissues? For these primary cilia is signal transduction activated continuously or through toggling, and can axonemal bending in these cells be modeled as it has been for other ciliary types? (Whitfield,2008; Lee et al.,2010; Rydholm et al.,2010).

Historically, primary cilia have been considered the poor cousins of motile cilia and modified cilia associated with special senses. Indeed, for decades the primary cilium was considered to have a simplified structure and composition compared with its actively motile relatives; only recently has the depth of its true complexity been realized, if not fully understood (reviewed by Wheatley,2005; Thomas et al.,2010). In the last fifteen years the primary cilium has moved to the spotlight, but still most investigations have focused on the primary cilium of polarized epithelia of tubular organs. A challenge is to extend the same kind of experimental versatility at the molecular level to an understanding of the primary cilium in multiple other tissues and organs of the vertebrate body. For these tissues, this includes a need for additional descriptive quantitative studies to define axonemal positional and spatial characteristics. Although the primary cilium has often been described as the cell's antenna (Poole et al.,1985; Benzing and Walz,2006; Marshall and Nonaka,2006; Singla and Reiter,2006; Gros et al.,2009; Vladar et al.,2009; Gupta et al., 2009), for most cells of the vertebrate body we do not yet understand where the antenna is positioned and where it is pointing.

Axonemal positioning and orientation in three-dimensional space for primary cilia: What is known, what is assumed, and what needs clarification Cornelia E. Farnum, Norman J. Wilsman Developmental Dynamics Volume 240, Issue 11, pages 2405–2431, November 2011 / DOI: 10.1002/dvdy.22756

Axonemal positioning and orientation in three-dimensional space for primary cilia: What is known, what is assumed, and what needs clarification
Cornelia E. Farnum, Norman J. Wilsman
Developmental Dynamics Volume 240, Issue 11, pages 2405–2431, November 2011 / DOI: 10.1002/dvdy.22756