Цилиопатии, аномалии, вызываемые нарушениями функции ресничек, включают дефекты, связанные с подвижными и неподвижными ресничками. Неподвижные реснички присутствуют почти на всех клетках позвоночных, служат в качестве сенсорных органелл, а их дисфункция ведет к началу нарушений широкого ранга, включая поликистозную болезнь почек (polycystic kidney disease (PKD)). Функции подвижных ресничек/жгутиков включают очищение воздушных путей, циркуляцию спинномозговой жидкости и облегчение оплодотворения, а их отсутствие или дисфункция ведут к нарушениям, описываемым как primary ciliary dyskinesia (PCD; Eley et al., 2005). Кроме того, реснички, как стало известно, играют некоторую роль во время эмбрионального развития. Напр., подвижные реснички узелка у эмбрионов мыши генерируют левонаправленный ток жидкости, который инициирует становление лево-правосторонней асимметрии (Nonaka et al., 1998; Okada et al., 2005), и примерно половина пациентов с PCD имеет situs inversus, дефект лево-правосторонней асимметрии внутренних органов. Ультраструктурный анализ ресничек у PCD пациентов выявляет различные дефекты в нормальном 9+2 составе реснички, включая потерю центральной пары микротрубочек, радиальных спиц и dynein плеч (arm). Наиболее часто выявляемым дефектом является потеря наружных плеч dynein, одной из ATPases, которая является силовым двигателем сгибания ресничек (Olbrich et al., 2002; Carlen and Stenram, 2005).

Чтобы лучше понять ранги мутаций, которые могут приводить к дефектам сборки аксонемного dynein и вызывают PCD, мы анализировали мутации, нарушающие сборку dynein у Chlamydomonas reinhardtii, одноклеточной зеленой водоросли, которая содержит два жгутика, которые структурно и функционально напоминают реснички и которые выполняют как моторные, так и сенсорные функции. Одна такая мутация, odal6, отобраная во время скрининга у Chlamydomonas белков, участвующих в сборке наружного плеча dynein, была охарактеризована как адаптор внутрижгутикового транспорта (intraflagellar transport (IFT)), необходимый для нормальной сборки наружного плеча dyneins у этого организма (Ahmed and Mitchell, 2005; Ahmed et al., 2008). Эта функция уникальна среди дефектов сборки dynein и т.о. представляет собой единственный пример ассоциированного с IFT белка, который играет существенную роль в сборке специфического аксонемного груза. Для сравнения, большинство дефектов сборки dynein обусловлено мутациями в АТФазных субъединицах в dynein а не в белках, связанных с IFT, а большинство мутаций в белках IFT, таких как IFT88 (Pazour et al. 2000), полностью разрушают сборку ресничек скорее, чем создают груз-специфические дефекты. Гомологи Odal6, WD repeat protein (WDR69 у человека), обнаруживаются только у организмов, которые сохранили подвижные реснички, указывая тем самым, что OdalG сохраняет функцию по сборке аксонемного dynein (Ahmed and Mitchell, 2005; Ahmed et al., 2008), несмотря на эволюционную дистанцию между зелеными водорослями и позвоночными. Однако не было идентифицировано мутаций, которые был нарушали OdalG гомологи у организмов иных кроме Chlamydomonas, а недавние эксперименты с др. консервативными генами, участвующими в сборке аксонемного dynein, не всегда подтверждали универсальность законсервированного механизма сборки для этих крупных ATPase комплексов. В случае мутаций, затрагивающих PFIS/Ktu, наблюдается сходное нарушение сборки как внутренних, так и наружных рядов dynein у Chlamydomonas, рыбок medaka и у пациентов с PCD (Omran et al., 2008), это подтверждало консервативную роль этого белка в цитоплазматической ступени процесса сборки. Напротив, мутации в Oda7/LRRC50 затрагивали только наружный ряд dynein у водоросли, приводя к снижению частоты биений, но не к полному параличу жгутиков (Kamiya, 1988), тогда как мутации ортологов у позвоночных затрагивали как наружный, так и внутренний ряд dyneins и нарушали полностью подвижность жгутиков у рыбок данио (Sullivan-Brown et al., 2008; VanRooijen et al., 2008) и у людей пациентов (Duquesnoy et al., 2009). Чтобы подтвердить, предопределяемый IFT-зависимый механизм сборки dynein у odal6 мутантов Chlarnydomorms , касается и позвоночных, мы обратились к рыбкам данио, как пригодной модели для такой оценки.

Роль подвижности ресничек у рыбок данио впервые была установлена благодаря отбору случайных мутаций с дефектами развития (Sun et al., 2004; Zhao and Malicki, 2007; Sullivan-Brown et al., 2008), а недавно с помощью непосредственного нокдауна экспрессии известных белков ресничек (Essner et al., 2005; Kramer-Zucker et al., 2005). Подвижные реснички у эмбрионов рыбок данио играют хорошо задокументированную роль в детерминации эмбриональной лево-правосторонней асимметрии и в функционировании пронефросов (Essner et al., 2005; Kramer-Zucker et al., 2005), и были недавно распознаны как важные для образования отолитов; нокдаун субъединицы dynein регуляторного комплекса, который приводил к нарушению подвижности ресничек, и к аномальному образованию отолитов (Colantonio et al., 2009). Детерминация асимметрии у рыбок данио касается Kupffer's vesicle (KV), временной сферической полости, функционального аналога эмбрионального узелка мыши. Было предположено, что левонаправленный ток, генерируемый подвижными ресничками в KV инициирует асимметрию экспрессии генов во время эмбриогенеза (Essner et al., 2005), и что неспособность генерировать направленный ток внутри KV поэтому дожен приводить к дефектам лево-правосторонней во время более позднего органогенеза (Bisgrove and Yost, 2006).

Здесь мы впервые охарактеризовали ген wdr69 гомолог у рыбок данио гена ODA16. Мы показали, что ген wdr69 специфически экспрессируется в органах, которые имеют подвижные реснички, включая пронефросы, отические пузырьки и KV. Используя антисмысловые morpholino oligonucleotides (MO) для нокдауна экспрессии wdr69, мы показали, что Odal6/Wdr69 играет важную роль в формировании отолитов в отическом пузырьке и в генерации тока жидкости в KV, необходимой для генерации асимметрии органов. Дефекты отолитов и асимметрии у morphant эмбрионов возникают из-за нарушений подвижности ресничек в результате потери сборки наружного плеча (arm) в аксонему реснички. Эти результаты указывают на то, что роль Odal6 в сборке dynein законсервирована от Chlamydomonas до позвоночных, Danlo rerio. Вполне возможно, что функции Odal6, идентифицированные у рыбок данио, будут распространены на др. системы позвоночных также и поэтому Odal6/VDR69 д. рассматриваться как локус кандидат для PCD человека.

Overall architecture of C. reinhardtii flagella ('9 + 2' axoneme structure). ODA(наружное плечо динеина), IDA (внутреннее плечо динеина), radial spoke (RS), central pairs (C1 and C2) and A- and B-microtubules are indicated. (b) Arrangement of IDAs and ODAs on one A-microtubule.(с) Стрктура аксонемного динеина