Il complesso di adesione ciliare apicale è stabilito al piede basale delle ciglia mobili e dipende dalla rete di microtubuli

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19028 (2022) Citare questo articolo

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Il complesso di adesione ciliare (CA) si forma in stretta associazione con i corpi basali delle ciglia durante le prime fasi della ciliogenesi ed è responsabile della mediazione di interazioni complesse con le reti di actina delle cellule multiciliate (MCC). Tuttavia, la sua precisa localizzazione rispetto alle strutture accessorie del corpo basale e le interazioni che portano al suo insediamento nei MCC non sono ben comprese. Qui abbiamo studiato la distribuzione delle proteine ​​CA utilizzando l'imaging a super risoluzione e le possibili interazioni con la rete di microtubuli. I risultati di questo studio rivelano che il complesso CA apicale si forma all’estremità distale del piede basale e dipende dai microtubuli. I nostri dati sollevano anche la possibilità che le CA possano avere ruoli aggiuntivi nella regolazione dell’organizzazione della rete di microtubuli delle MCC.

Le ciglia sono sporgenze basate su microtubuli e sono classificate in ciglia primarie e mobili che differiscono per struttura e funzione1, 2. La maggior parte delle cellule sviluppa un singolo ciglio primario, non mobile, per rilevare e trasdurre segnali meccanici e chimici. Le ciglia mobili, d'altra parte, battono in modo coordinato e polarizzato per generare il flusso del fluido. Ad esempio, le cellule multiciliate (MCC) contengono centinaia di ciglia mobili che guidano il flusso del liquido cerebrospinale nel cervello e il trasporto degli ovociti lungo l'ovidotto e sono necessarie nel tratto respiratorio per l'eliminazione del muco che intrappola le particelle e gli agenti patogeni inalati. Pertanto, i difetti del flusso del fluido generato dalle ciglia comportano un aumento del rischio di idrocefalo e infertilità femminile, infezioni respiratorie croniche ricorrenti e portano a malattie come la discinesia ciliare primaria (PCD)3,4,5.

Le ciglia sono assemblate da corpi basali (BB), che sono strutture basate su microtubuli (MT) nove volte simmetrici. Nelle MCC, i BB sono polarizzati con i piedi basali che sporgono verso la direzione del flusso ciliare. La perdita della base del piede porta al disorientamento ciliare6. Il piede basale funziona come un centro organizzatore MT e le sue proteine ​​sono organizzate in tre regioni strutturali: la regione I collega il piede basale alle triplette di microtubuli del corpo basale e probabilmente fornisce supporto meccanico durante l'ictus efficace6, 7; la regione II o regione dell'impalcatura è costituita da proteine ​​che servono nell'assemblaggio del piede basale, come ODF26, 8, 9, Ninein10, galattina-37, CEP1911, CEP12812, centriolina13 e CC2D2A14; la regione III o regione di ancoraggio dei microtubuli corrisponde alla calotta basale del piede che è composta da un complesso proteico che ancora o nuclea i microtubuli. Nello specifico, nelle ciglia mobili, il cappuccio contiene tra le altre proteine ​​NEDD1 e γ-tubulina che sviluppano il complesso γTuRC, necessario per la nucleazione dei microtubuli15. CEP170 è una proteina della calotta basale del piede necessaria per connettere i corpi basali alla rete di microtubuli16, 17. Inoltre, sia la z che la ε-tubulina si localizzano sulla calotta basale del piede nei MCC18. È interessante notare che l'esaurimento della z-tubulina non interrompe la connessione della rete MT al piede basale, ma perturba l'assemblaggio delle reti di actina apicale e subapicale, suggerendo che il piede basale media le interazioni del corpo basale con il citoscheletro di actina18.

L'epidermide embrionale di Xenopus laevis ha una serie di MCC che forniscono un modello ideale per studiare lo sviluppo e la funzione delle ciglia. Il nostro precedente lavoro utilizzando Xenopus laevis ha portato alla scoperta di una nuova struttura ciliare, chiamata adesioni ciliari (CA)19. Le CA sono complessi multiproteici che si associano ai corpi basali delle ciglia e sono coinvolti nelle interazioni tra i corpi basali e il citoscheletro di actina durante la differenziazione del MCC, nonché nei MCC maturi. Sono stati identificati quattro membri proteici del complesso CA: FAK, Paxillin, Vinculin e Talin; essendo tutti membri ben caratterizzati del complesso multiproteico di adesione focale (FA). Le CA si formano in due regioni distinte, sub-apicalmente all'estremità della radichetta striata e apicalmente adiacenti ai corpi basali, tuttavia il loro preciso posizionamento in relazione alle strutture accessorie del corpo basale rimane inesplorato. Nel presente studio, abbiamo eseguito un'analisi di localizzazione più dettagliata delle proteine ​​CA utilizzando la microscopia a super risoluzione per aumentare la risoluzione dell'imaging e migliorare l'accuratezza della localizzazione. Il posizionamento subciliare dell'AC è stato determinato in riferimento ai marcatori prossimali e distali del piede basale. Abbiamo quindi identificato i membri delle CA come proteine ​​basali del piede, aiutando le future indagini sul ruolo dei componenti basali del piede nella biologia delle ciglia.