Ny atlas över mänskliga cilier ger ledtrådar till genetiska sjukdomar
Ett samarbete mellan KTH och Stanford har kartlagt hundratals tidigare okända proteiner i primära cilier – de små ’antenner’ som celler använder för att ta emot signaler. Fynden kan bidra till nya förklaringar bakom en rad genetiska sjukdomar.
Nästan varje mänsklig cell har en antennliknande struktur kallad primär cilie, ett hårliknande utskott som känner av cellens omgivning och styr hur den reagerar på omgivande signaler. Ny forskning från USA och Sverige har kartlagt och identifierat de hundratals proteiner som cilierna är uppbyggda av, vilket ger nya insikter för framtida forskning om ciliebiologi, sjukdomsmekanismer och möjliga behandlingar.
I en artikel i tidskriften Cell beskriver forskare från KTH och Stanford University hur de med hjälp av avancerad avbildning och antikroppsbaserade tekniker kartlagt proteiner inuti primära cilier hos tre typer av mänskliga celler. De analyserade över 128,000 individuella cilier och identifierade 715 proteiner lokaliserade i olika delar av cilien, med uppgift att känna av mekaniska eller kemiska signaler, såsom hormoner. Dessa primära cilier skiljer sig från motila cilier, som ansvarar för att flytta vätskor eller celler.
Professor Emma Lundberg , forskare inom cellulär och klinisk proteomik vid KTH, säger att studien också identifierade en möjlig gen bakom olika sjukdomar kopplade till fel i ciliefunktionen. Dessa kan leda till sjukdomar som påverkar många delar av kroppen – från hjärnan och ögon till njurar och skelett.
Forskarna upptäckte dessutom 91 proteiner som aldrig tidigare kopplats till cilier.
Mycket anpassningsbara
Studien ökar den nuvarande förståelsen av cilier och beskriver dem som mycket anpassningsbara och mångsidiga informationsprocessorer, som justerar sin proteinkomposition efter cellens behov.
– Celler verkar skräddarsy proteinkompositionen i sina cilier för att utföra specifika sensoriska uppgifter. De nyupptäckta cilieproteinerna väcker många nya hypoteser om cilier, säger Emma Lundberg.
Tillsammans med kliniker från Karolinska Institutet i Stockholm undersökte forskarteamet den kliniska relevansen av sina fynd genom att jämföra sin proteinlista med genetiska data från patienter med odiagnostiserade syndrom. På så vis har de hittat en genvariant, CREB3, hos ett barn med symptom som liknar ciliopatier.
Jan Hansen, forskare i Emma Lundbergs labb vid Stanford och den som lett studien, menar att denna upptäckt öppnar dörren för att identifiera nya sjukdomsorsakande gener och få bättre förståelse för sällsynta sjukdomar.
Förbättrad diagnostisk precision
Det kan också leda till förbättrad diagnostisk precision för ciliopatier – en grupp genetiska sjukdomar där mutationer leder till ciliernas funktion.
– Patienter kan uppvisa mycket olika symptom, såsom extra fingrar, kognitiva funktionsnedsättningar, blindhet eller njurskador, säger Jan Hansen. Men sambandet mellan sällsynta sjukdomar och cilier har hitills varit svår att fastställa eftersom det är komplicerat att kartlägga ciliernas proteininnehåll.
– Vår spatiellt upplöst atlas över cilieproteiner kan underlätta både förståelse och diagnos av sällsynta ciliopatier.
Data från studien är tillgängliga via Human Protein Atlas , en öppen resurs för forskare och kliniker världen över.
– Jag är en stark förespråkare för öppen vetenskap, och vi är stolta över att dela dessa resultat med forskarsamhället, säger Emma Lundberg.
I Sverige har forskningen bedrivits inom Science for Life Laboratory (SciLifeLab), ett samarbete mellan KTH, Karolinska Institutet, Stockholms universitet och Uppsala universitet. Även Chan Zuckerberg Imaging Institute bidrog till studien.
David Callahan
Läs mer
KTH-forskare kartlägger barnsjukdomar på cellnivå
Ny AI-metod ger bättre förståelse av våra celler