この画像は、運動性繊毛の重要なレギュレータであるラジアルスポーク3（マルチカラー）の原子構造を示しています。背景には、末梢微小管の凍結電子顕微鏡画像があります。色が覆われているのは原子モデルであり、タンパク質成分の配置を示しています。
ダラス – 2025年7月22日 – UT Southwestern Medical Centerの研究者が率いるチームは、動きを生成する多くの細胞タイプの表面から伸びる毛のような構造である運動性繊毛の機能に極めて極めて重要なタンパク質複合体の原子構造を明らかにしました。
ラジアルスポーク3（RS3）を含む研究者の発見は、 自然構造および分子生物学運動性の繊毛がどのように機能するかについての基本的な質問に答えるのに役立ち、最終的に繊毛症、繊毛の構造および/または機能が損なわれる病気の新しい治療につながる可能性があります。これらには、原発性毛様体ジスキネジア、不妊症、慢性呼吸器の問題、逆臓器配置、過剰な脳液を引き起こす生命を抑える遺伝障害が含まれます。
ダニエラ・ニカストロ博士は、UTサウスウェスタンの細胞生物学の教授です。彼女は、UTSWのCryo-Electron顕微鏡施設を確立する上で極めて重要な役割を果たしました。
「私たちの調査結果は、RS3が、これらの高度に保存された動きを生成するオルガネラでのエネルギー生産とリサイクルを機械的にサポートするユニークなハブとして明らかにしています」と言いました。 ダニエラ・ニカストロ博士UTサウスウェスタンの細胞生物学教授。ニカストロ博士は研究を共同で率いています Xuewu Zhang、博士薬理学と生物物理学の教授、および第一著者のヤンヘ・チャオ博士、研究科学者 Nicastro Lab。
Xuewu Zhang博士は、UT Southwesternの薬理学および生物物理学の教授です。彼は医学研究のバージニア・マーチソン・リンシカムの学者です。
Ciliaは細胞で遍在しており、さまざまな役割を果たしている、とNicastro博士は説明した。非運動性繊毛は化学的および機械的信号のセンサーとして機能しますが、運動性繊毛はリズミカルに鼓動して、液体を介してある種の細胞を推進したり、環境や組織を横切って小さな物体と流体を動かしたりします。
科学者は、運動性繊毛の振動拍動がダイナインと呼ばれる数千の分子運動タンパク質によって生成されることを長い間知っていました。しかし、細胞が繊毛を前後に鞭打ちするために作用を調整する方法と、この動きを駆動するエネルギーがどこから来るのかは不明です。
これらの質問に答えるために、UTSWおよび他の場所の研究者は、運動性繊毛の内側の仕組みを構成するさまざまなタンパク質複合体の構造を調査しました。これらの研究のほとんどは、単細胞の緑藻などのモデル生物を使用しています クラミドモナスそれは2つの運動性繊毛で彼らの水生生息地を移動します。
Yanhe Zhao博士は、Nicastro Labの研究科学者です。
これらの毛様体複合体のうち3つは放射状スポークと呼ばれる構造を構成し、繊毛の長さに沿って何度も繰り返し、ダイニンモーターを中央の脊椎に保持する末梢微小管シリンダーを接続するため、断面では放射状のスポークが車輪のスポークのように見えます。の構造 クラミドモナス‘ラジアルスポーク複合体1および2（RS1およびRS2）は、人間を含む哺乳類に見られるものを反映しており、藻類RS3は哺乳類複合体よりもはるかに短いです。 Nicastro Labによる研究では、RS1とRS2に影響を与えるが、RS3の無傷のままになる突然変異を患っている患者は、RS3が影響を受ける患者よりも重度の繊毛が少ないことが示されており、RS3は繊毛機能にとって非常に重要であることを示唆しています。しかし、RS3の分子構造は不明でした。
Zhao博士は、RS3のタンパク質のいくつかは、他のタンパク質からリン酸塩基の配置または除去に関与していると述べました。これは、彼と彼の同僚がダイニンモーターの活性を調整するために役割を果たしていると疑う調節機能です。この複合体の他のいくつかのタンパク質は、細胞がエネルギーに使用する燃料であり、ダイニンの動きを促進するATPの生成に関与しています。一緒になって、これらの発見は、RS3のコンポーネントがダイニン活動を同期させ、繊毛でのモーターズの動きに動力を供給するために極めて重要であることを示唆していると彼は言いました。
RS3の構造は、その活動を変更する薬物を設計するための青写真として機能する可能性がある、とチャン博士は述べた。このような治療法は、最終的には、多嚢胞性腎疾患や原発性繊毛ジスキネジアなどの繊毛症を治療するために使用できます。研究者は、RS3を構成するタンパク質の個々の役割と相互作用、およびこの構造が種間でどのように異なるかを調査し続けることを計画しています。
Nicastro博士は、2019年12月まで監督したUTSWのCryo-Em施設の設立において極めて重要な役割を果たしました。
この研究は、国立衛生研究所（R01GM083122およびR35GM130289）とテキサス州がん研究所（RR140082）からの助成金によって資金提供されました。
UTサウスウェスタンメディカルセンターについて
国内有数のアカデミックメディカルセンターの1つであるUTサウスウェスタンは、先駆的な生物医学的研究を並外れた臨床ケアと教育と統合しています。機関の教員は6人のノーベル賞を受けており、全米科学アカデミーの25人のメンバー、全米医学アカデミーの24人のメンバー、14人のハワードヒューズ医療研究所の調査員が含まれています。 3,200を超えるフルタイムの教員は、画期的な医学的進歩を担当し、科学主導の研究を新しい臨床治療に迅速に翻訳することに取り組んでいます。 UTサウスウェスタンの医師は、140,000人以上の入院患者、360,000人以上の緊急治療室のケースに80を超える専門分野でケアを提供し、年間510万人の外来患者の訪問を監督しています。
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