对初级纤毛结构、相互作用和神经元网络的新认识

时间：2024年11月6日

来源：Nature Communications

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胰腺细胞的微小细胞过程（初级纤毛）功能障碍可能是2型糖尿病的原因之一。人们对这些纤毛的结构和功能知之甚少。由德累斯顿工业大学医学院Helmholtz Munich的保罗朗格汉斯研究所（PLID）的DZD研究人员领导的一个国际研究小组使用了各种新的成像技术来可视化自然环境中的初级纤毛。他们的研究不仅为这些纤毛的结构提供了详细的见解，而且还显示了它们与神经系统的联系。研究结果已经发表在《自然通讯》杂志上。

初级纤毛是小的感觉结构，存在于许多细胞类型中。它们就像小天线一样，感知来自环境的信号并将其传输到细胞内部。这些小的突出物由一种由管状蛋白棒构成的支架——微管——来稳定。在胰腺的β细胞中，初级纤毛在细胞之间的交流中起作用，并与糖尿病有关。

胰腺的β细胞负责释放激素胰岛素，这对于从血液中吸收葡萄糖至关重要。各种因素会损害这些细胞产生胰岛素的能力。这会导致2型糖尿病（T2D）的发展。目前的研究表明，β细胞的初级纤毛功能障碍也可能是导致T2D的原因之一。

我们体内的大多数细胞都有固定的初级纤毛。这些小的突出物由一种由管状蛋白棒构成的支架——微管——来稳定。纤毛帮助细胞接收和传递外界的信号。来自PLID的一个国际团队，德国糖尿病研究中心（DZD）的合作伙伴，意大利人类技术中心，Janelia研究校园和美国耶鲁大学，研究了β细胞的初级纤毛结构及其功能。在PLID分子糖尿病学系科学家Andreas Müller博士（Michele Solimena教授）和该研究的第一作者的指导下，使用体积电子显微镜（vEM）， 3D分割和超微结构扩增显微镜（U-ExM）等成像技术来可视化自然环境中β细胞初级纤毛的三维形状。

特殊的骨架结构设计

本研究中观察到的初级纤毛来源于动物和人类的β细胞。研究人员调查了由微管形成的骨骼结构（轴突）是如何组织的。他们发现了微管稳定纤毛的结构特征，这些微管在纤毛内以不同的距离结束。这是第一次在细胞的纤毛中得到证实。

参与β细胞和其他胰岛细胞之间的信号传递

研究人员还研究了纤毛如何与邻近细胞相互作用，以便得出有关纤毛信号功能的结论。他们发现，初级纤毛与周围细胞及其纤毛密切交换信息，并在β细胞与其他胰岛细胞的信号传递和网络连接中发挥重要作用。它们形成类似突触的结构，挤压邻近的细胞。

与神经组织细胞的相互作用

对图像数据的进一步分析表明，β细胞的初级纤毛也与神经组织的细胞相互作用。这可能表明它在神经元信号传递中起作用。

“这项研究的结构数据显示了细胞的初级纤毛作为胰岛细胞功能的重要连接的重要性，”Müller总结了结果。

为了更好地了解初级纤毛如何参与T2D的发病机制，研究人员希望进一步研究其机制和途径。本研究得到了DZD青年人才计划的支持。