(整理)纖毛綜述

1、精品文檔纖毛及其相關(guān)研究摘要纖毛分布于哺乳動(dòng)物體內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞，它是一種廣泛存在于各種細(xì)胞表面的細(xì)胞器，體形微小但結(jié)構(gòu)復(fù)雜作用強(qiáng)大具有重要的感官作用，能感知細(xì)胞外機(jī)械和化學(xué)信號(hào)變化并協(xié)助其轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)部從而引起細(xì)胞應(yīng)答。近年來研究發(fā)現(xiàn)，很多人類疾病都與纖毛結(jié)構(gòu)、長度的失調(diào)相關(guān)，而Hedgehog等多種發(fā)育信號(hào)通路的運(yùn)行和調(diào)控依賴于初級(jí)纖毛，決定了它在人體許多組織和器官的發(fā)育成形及正常生理活動(dòng)中扮演重要角色，所以有關(guān)纖毛的研究是目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。本文對(duì)纖毛的結(jié)構(gòu)、組裝與解聚的機(jī)制、參與信號(hào)傳導(dǎo)的功能以及纖毛缺陷同人類疾病的關(guān)系等進(jìn)行簡(jiǎn)單綜述。關(guān)鍵詞纖毛；初級(jí)纖毛；纖毛功能；纖毛相關(guān)疾病前言纖毛

2、(cilia)是一種突出于細(xì)胞表面的呈毛發(fā)狀的細(xì)胞器長度從幾微米到2mm不等,直徑約0.25它是一種非常保守的細(xì)胞器官從原生生物到哺乳動(dòng)物細(xì)胞都存在，在脊椎動(dòng)物成體中幾乎所有類型的細(xì)胞表面都具有纖毛I(xiàn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能纖毛分為運(yùn)動(dòng)纖毛節(jié)點(diǎn)纖毛和初級(jí)纖毛(primarycilia)或稱靜止纖毛(immotilecilia)，多數(shù)脊椎動(dòng)物細(xì)胞可在其生命歷程的一些特定時(shí)期表達(dá)初級(jí)纖毛每個(gè)細(xì)胞僅能有1根初級(jí)纖毛口。現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，纖毛在增殖，分化，許多類型的細(xì)胞的功能方面扮演重要的角色。正文纖毛的結(jié)構(gòu)纖毛結(jié)構(gòu)的形態(tài)一般從超微結(jié)構(gòu)的研究取得了能動(dòng)的纖毛或鞭毛。這些傳統(tǒng)的超微結(jié)構(gòu)的研究正在延伸到分子結(jié)構(gòu)的

3、分子研究，以闡明規(guī)范初級(jí)纖毛。在這方面，哺乳動(dòng)物的蛋白質(zhì)組學(xué)分析初級(jí)纖毛與感覺纖毛和能動(dòng)的纖毛提供了見解初級(jí)纖毛功能4。纖毛結(jié)構(gòu)大體上可以分為三部分：軸絲、纖毛基質(zhì)和纖毛膜。軸絲是由從基體(basalbody)開始組裝的9排環(huán)形排列的雙聯(lián)體微管束及其附屬蛋白構(gòu)成的，環(huán)形的中心常常存在一對(duì)中心微管；纖毛基質(zhì)填充在軸絲和纖毛膜之間；纖毛膜是細(xì)胞膜的延伸(成分與細(xì)胞膜不太一致),均勻地包裹著軸絲。初級(jí)纖毛的軸絲結(jié)構(gòu)為9+0相比運(yùn)動(dòng)纖毛的9+2軸絲它僅有9個(gè)外周二聯(lián)微管而缺少了2個(gè)中心微管同時(shí)也缺少了動(dòng)力臂及伸向中心微管的輪輻結(jié)構(gòu)因此不具有運(yùn)動(dòng)活性5,6。初級(jí)纖毛的組裝和分解目前的共識(shí)是初級(jí)纖毛可存在

4、于除有絲分裂期M和分裂間期早期G0外細(xì)胞周期的所有階段甚至離開細(xì)胞周期的已分化細(xì)胞；組裝發(fā)生在細(xì)胞周期結(jié)束時(shí)而分解發(fā)生在重新進(jìn)入細(xì)胞周期時(shí)即有絲分裂紡錘體出現(xiàn)之前。在G1-S期的轉(zhuǎn)化之前纖毛化的一個(gè)短暫高峰可能與進(jìn)入DNA復(fù)制期緊密偶聯(lián)向。纖毛的出現(xiàn)與細(xì)胞分裂是負(fù)相關(guān)的，在細(xì)胞分裂間期，中心體的一個(gè)或兩個(gè)中心粒轉(zhuǎn)化為基體，纖毛以基體為基礎(chǔ)，開始組裝產(chǎn)生。最新的研究顯示,咼爾基體和細(xì)胞內(nèi)的膜泡運(yùn)輸體系參與了纖毛的組裝。在高爾基體到纖毛的膜泡運(yùn)輸體系中，巴德-畢氏綜合征(Bardet-Biedlsyndrome，BBS)相關(guān)蛋白BBS蛋白復(fù)合體和Rab8a參與調(diào)控了膜泡的定位和融合。高爾基體產(chǎn)生的

5、膜泡會(huì)運(yùn)輸?shù)交w,為纖毛組裝提供必需的膜成分和膜蛋白。其他的纖毛前體蛋白，在細(xì)胞質(zhì)中也會(huì)在基體附近富集。纖毛形成的關(guān)鍵蛋白IFT(intraflagellartransport)成分IFT20就同時(shí)定位在高爾基體和纖毛上。初級(jí)纖毛自身不能合成其組裝維持和分解所需的蛋白質(zhì)必須依賴于鞭毛內(nèi)運(yùn)輸IFT系統(tǒng)7,9。目前，有關(guān)纖毛分解的機(jī)制了解得還不是很多。有研究表明，纖毛的分解則由一個(gè)定位于中心體的蛋白激酶極光激酶A(AuroraA)發(fā)起它能使軸絲微管去乙?；瘡亩鴮?dǎo)致初級(jí)纖毛的快速瓦解門0，11。但其中具體的機(jī)制以及乙酰化微管蛋白是否如何起拮抗作用還有待進(jìn)一步研究。參與信號(hào)傳導(dǎo)的功能對(duì)于多細(xì)胞生物而言

6、，其細(xì)胞表面的纖毛可以通過撥動(dòng)表面的液體來發(fā)揮功能。呼吸道上皮細(xì)胞生長著眾多纖毛，這些纖毛有序的擺動(dòng)可以將呼吸道中的灰塵和細(xì)菌排出。在脊椎動(dòng)物發(fā)育過程中，纖毛的運(yùn)動(dòng)也發(fā)揮著重要的作用，胚節(jié)細(xì)胞表面的單纖毛可以產(chǎn)生額外的胚胎液流，這種液體流決定了動(dòng)物的左右不對(duì)稱發(fā)育。高等動(dòng)物的視覺觸覺和嗅覺的實(shí)現(xiàn)，都離不開纖毛結(jié)構(gòu)和功能的正常。哺乳動(dòng)物視覺色素更新是通過纖毛運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)的，嗅覺受體就分布在嗅覺系統(tǒng)上皮細(xì)胞的纖毛上，聽覺系統(tǒng)的發(fā)育是其動(dòng)纖毛調(diào)控的，所以纖毛的缺陷常會(huì)造成這三大感知系統(tǒng)的失常。13初級(jí)纖毛膜上分布著多種受體和離子通道包括HedgehogHh和Wnt信號(hào)通路的組成部件血小板源性生長因子受體

7、PDGFR生長抑素受體5-羥色胺受體多囊蛋白PC1和PC2JS蛋白等。：12因初級(jí)纖毛也存在于干細(xì)胞，對(duì)于組織的維持和再生也十分重要。多種發(fā)育信號(hào)的應(yīng)答必須依賴于初級(jí)纖毛最重要的是Hedgehog信號(hào)通路此外還包括Wnt信號(hào)通路，PDGF介導(dǎo)的信號(hào)通路等。14與纖毛相關(guān)疾病原生纖毛具有調(diào)控細(xì)胞分裂，Hedgehog信號(hào)通路，非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路及鈣信號(hào)傳導(dǎo)等的作用.纖毛及其附屬結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)或功能上的缺陷會(huì)導(dǎo)致多種多樣的疾病，總稱為“纖毛相關(guān)疾病”包括男性不育癥、呼吸道疾?。ㄈ绮粍?dòng)纖毛綜合征、腎囊腫、失明、多指（趾）癥、內(nèi)臟轉(zhuǎn)位、肥胖癥、高血壓乃至精神發(fā)育遲滯等.這里著重說一下青春期腎耗病與纖毛。

8、纖毛與多囊腎有著密不可分的關(guān)系。纖毛與多囊腎的關(guān)系表現(xiàn)如下：首先，多囊腎致病基因PKD1和PKD2編碼的蛋白PC1和PC2定位于纖毛中；其次，纖毛形成所必需的蛋白如纖毛內(nèi)運(yùn)輸復(fù)合物（intraflagellatransport,IFT）發(fā)生突變會(huì)導(dǎo)致多囊腎的形成；最后，其他伴有多囊腎癥狀的疾病如Bardet-Biedl綜合征（BBS）、Joubert綜合征，也發(fā)現(xiàn)有纖毛的異常。因此，多囊腎也屬于纖毛類疾?。╟iliopathy）的一種，研究纖毛結(jié)構(gòu)和功能的機(jī)制與研究多囊腎的機(jī)制是密不可分的?！罢雇捎趯?duì)纖毛的研究起步較晚，這種具有超過1000種蛋白、在多種細(xì)胞活動(dòng)中發(fā)揮功能的重要細(xì)胞器官，其復(fù)

9、雜而保守的調(diào)控機(jī)制還籠罩在神秘的面紗之下，給纖毛相關(guān)疾病的預(yù)防和治療帶來了極大的障礙。生物體內(nèi)的任何一條信號(hào)通路的調(diào)節(jié)都不是通過幾個(gè)調(diào)控分子的簡(jiǎn)單作用而實(shí)現(xiàn)的，需要多種分子的協(xié)同作用。在纖毛研究的模式生物方面除了傳統(tǒng)的對(duì)衣藻的研究法國和波蘭的科學(xué)家精品文檔還利用新的高通量草履蟲纖毛數(shù)據(jù)通過各種來源的合成異構(gòu)數(shù)據(jù)源開發(fā)了一種新型的多功能數(shù)據(jù)庫Cildb，相信這些努力將對(duì)推動(dòng)纖毛相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步探索研究具有積極意義并將為纖毛相關(guān)疾病的干預(yù)和治療提供更廣闊的前景。纖毛研究的必要性和緊迫性已經(jīng)是科學(xué)界的共識(shí)。關(guān)注纖毛、研究纖毛將為人類認(rèn)知生命的過程和健康事業(yè)的發(fā)展作出很大的貢獻(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)室，目前使用3T

10、3-L1細(xì)胞，研究纖毛與自噬的一些關(guān)系，亦希望對(duì)纖毛有更加深入的了解。參考文獻(xiàn)1MaoZG,StreetsAJ,OngACM.ThiazolidinedionesinhibitMDCKcystgrowththroughdisruptingorientedcelldivisionandapicobasalpolarityJ.AmJPhysiolRenalPhysiol,2011,300:F1375-384SatirP,ChristensenST.SatirP,ChristensenSTStructureandfunctionofmammalianciliaJ.HistochemCellBiol,

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