Los cilios son pequeños orgánulos similares a cabellos que se extienden desde las células y realizan muchas funciones, incluidas la motilidad y la señalización. Los investigadores ahora han revelado que los cilios tienen un centro de transporte especializado en su base, donde se ensamblan trenes y cargas para el transporte a través de los cilios. Dado que los defectos en este sistema de transporte de cilios pueden provocar afecciones como riñones quísticos o ceguera, los resultados publicados en Science también proporcionan nuevos conocimientos sobre la base molecular de una variedad de enfermedades.

Los cilios realizan numerosas funciones para la célula:ayudan a las células a nadar, mover fluidos y enviarse mensajes entre sí. Los cilios aseguran que podamos ver, eliminan sustancias de los pulmones, mueven fluidos en el cerebro y nos permiten percibir olores y sonidos. También son esenciales para nuestro desarrollo y la correcta disposición de nuestros órganos. Si se altera su función, pueden producirse una amplia variedad de enfermedades, incluidas enfermedades cardíacas, renales y pulmonares, ceguera o infertilidad.

El ensamblaje y la función de los cilios se basan en grandes trenes de proteínas que transportan cargas importantes hacia la punta ciliar y regresan a la base. Incluso las mutaciones más pequeñas en los componentes individuales pueden paralizar el tráfico dentro de los cilios.

El equipo de investigación dirigido por el profesor Ben Engel en el Biozentrum de la Universidad de Basilea junto con colegas de la Universidad de Ginebra y el instituto de investigación Human Technopole en Milán ahora ha logrado examinar los cilios en su entorno natural. Su análisis reveló la estructura 3D nativa de la base ciliar por primera vez. Aquí, descubrieron un concurrido centro de transporte, con trenes ensamblados y cargados en preparación para su viaje a los cilios.

Estación de carga para transporte de cilios

Los cilios están firmemente anclados a la célula en su base. "Aquí está la estación de inicio para el transporte de cilios", explica Hugo van den Hoek, primer autor del estudio. "Los trenes se ensamblan aquí, se cargan y se colocan sobre los rieles". Hay un total de nueve rieles diferentes dentro de los cilios, llamados microtúbulos. Cada uno de ellos consta de dos vías, una para trenes de salida y otra para trenes de entrada. Los trenes transportan proteínas, como moléculas de señalización y materiales de construcción, hasta la punta de los cilios. En su estación de destino, el tren se descarga y se desmonta.

El equipo examinó en detalle la composición de los trenes ensamblados, revelando el orden en el que se ensamblan los componentes del tren en la base ciliar. También tomaron imágenes de estructuras en la base que sirven como barrera selectiva. "Esto regula la entrada de grandes trenes hasta que estén completamente ensamblados y cargados con las proteínas de carga requeridas para la construcción y el mantenimiento de los cilios", dice van den Hoek. "A partir de la microscopía de fluorescencia, también sabemos el horario exacto de los trenes. Los trenes salen de la estación de partida en nueve segundos y luego todo el proceso de montaje del tren comienza de nuevo".

Orgánulos en 3D

Los investigadores resolvieron la estructura y composición de la base ciliar con la ayuda de dos métodos de imagen complementarios. Los grupos de investigación de Ben Engel en Basilea y la Dra. Gaia Pigino en Milán realizaron una tomografía crioelectrónica, que revela estructuras celulares nativas con un detalle molecular exquisito.

Los investigadores encabezados por la Dra. Virginie Hamel y el profesor Paul Guichard en Ginebra agregaron datos de Microscopía de Expansión, lo que permitió localizar y mapear numerosas proteínas en las estructuras de tomografía. "Esta poderosa combinación de tecnologías nos ha permitido reconstruir el primer modelo molecular de la base ciliar y observar cómo regula el ensamblaje y la entrada de estos grandes trenes de proteínas", explica Paul Guichard.

"Comprender el sistema de transporte y su logística en detalle nos ayuda a comprender cómo se construyen y funcionan los cilios, lo que también puede proporcionar nuevas ideas para terapias para las enfermedades de los cilios", dice Ben Engel. En un próximo paso, él y sus colaboradores quisieran examinar qué sucede en la punta ciliar:cómo se estructura esta estación final y cómo se organiza el transporte de regreso. + Explora más

Información sobre la regulación molecular de la estructura y composición del cilio