Учёные раскрыли структуру ключевого белка в ресничках клеток, что поможет в лечении болезней

На изображении показана атомная структура радиального спица 3 (разноцветный) — ключевого регулятора подвижных ресничек. На фоне — криоэлектронная микроскопия периферического микротрубочка с регулярно расположенными радиальными спицами; цветом наложена его атомная модель, демонстрирующая расположение белковых компонентов. Автор: UT Southwestern Medical Center

Исследователи из Медицинского центра UT Southwestern раскрыли атомную структуру белкового комплекса, критически важного для работы подвижных ресничек — волосоподобных структур на поверхности многих типов клеток, обеспечивающих их движение.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Structural & Molecular Biology, посвящены радиальному спицу 3 (RS3) и помогают ответить на фундаментальные вопросы о механике работы ресничек. Это открытие может привести к новым методам лечения цилиопатий — заболеваний, связанных с нарушением структуры или функции ресничек. К ним относится, например, первичная цилиарная дискинезия — генетическое заболевание, сокращающее продолжительность жизни и вызывающее бесплодие, хронические респираторные проблемы, зеркальное расположение органов и избыток спинномозговой жидкости.

«Наши данные показывают, что RS3 выступает уникальным узлом, связывающим механическую поддержку с производством и переработкой энергии в этих эволюционно консервативных органеллах, генерирующих движение», — пояснила Даниэла Никастро, профессор клеточной биологии UT Southwestern.

Реснички присутствуют на клетках повсеместно и выполняют различные функции. Если неподвижные реснички служат сенсорами химических и механических сигналов, то подвижные ритмично двигаются, помогая клеткам перемещаться в жидкости или перемещать окружающие объекты.

Хотя учёные давно знали, что колебательные движения ресничек обеспечиваются тысячами моторных белков динеинов, оставалось неясным, как клетки координируют их работу и откуда берётся энергия для этого движения.

Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи изучили структуры белковых комплексов, составляющих внутреннюю механику подвижных ресничек. Большинство предыдущих работ использовали модельные организмы, такие как одноклеточные зелёные водоросли Chlamydomonas, передвигающиеся с помощью двух подвижных ресничек.

Три таких комплекса формируют радиальные спицы, которые многократно повторяются вдоль реснички и соединяют микротрубочковый цилиндр (удерживающий динеиновые моторы) с центральной осью. В поперечном сечении эти спицы напоминают спицы колеса. Хотя структуры RS1 и RS2 у водорослей и млекопитающих схожи, RS3 у водорослей значительно короче.

Исследования лаборатории Никастро показали, что у пациентов с мутациями, затрагивающими RS1 и RS2, но сохраняющими RS3, цилиопатии протекают легче, чем при поражении RS3. Это указывает на уникальную важность RS3 для функции ресничек, однако его молекулярная структура оставалась неизвестной.

Чтобы определить структуру RS3 у млекопитающих, учёные использовали криоэлектронную микроскопию, криоэлектронную томографию, протеомику и методы вычислительной биологии. Исследование показало, что RS3 состоит из 14 белков, причём 10 из них ранее не связывали с этим комплексом. Сопоставив эти белки с базой данных белков мыши, учёные идентифицировали их и их функции.

«Несколько белков RS3 участвуют в добавлении или удалении фосфатных групп с других белков — это регуляторная функция, которая, как мы предполагаем, координирует активность динеиновых моторов», — пояснил первый автор исследования Яньхэ Чжао.

Другие белки комплекса участвуют в генерации АТФ — «топлива» клеток, которое питает движение динеинов. Вместе эти данные указывают, что компоненты RS3 критически важны как для синхронизации работы моторов, так и для их энергообеспечения.

По словам соавтора исследования Сюэу Чжана, структура RS3 может стать основой для разработки препаратов, модулирующих его активность. Такие терапии потенциально помогут в лечении цилиопатий, включая поликистоз почек и первичную цилиарную дискинезию. В дальнейшем учёные планируют изучить индивидуальные роли белков RS3 и их взаимодействия, а также различия в структуре у разных видов.

Дополнительная информация: Yanhe Zhao et al, Mouse radial spoke 3 is a metabolic and regulatory hub in cilia, Nature Structural & Molecular Biology (2025). DOI: 10.1038/s41594-025-01594-6