مژک های اولیه اندامک های حسی موجود در سطح سلول هستند. اما ساختار فیزیکی آنها به دلایل فنی تعریف نشده است. یک جدید PNAS این مطالعه، مژک های اولیه را در سلول های جزایر انسانی با استفاده از رویکرد میکروسکوپ الکترونی روبشی سطحی چند مقیاسی برای به دست آوردن یک تصویر سه بعدی (3 بعدی) از معماری آنها بررسی کرد.
مطالعه: میکروسکوپ الکترونی روبشی مژک جزایر انسانی. اعتبار تصویر: خوزه لوئیس کالوو / Shutterstock.com
معرفی
مژک های اولیه جزایر انسانی در تنظیم سطح گلوکز خون در بدن نقش دارند. این اندامک ها از سانتریول سلول که جسم پایه مژگانی را تشکیل می دهد، به وجود می آیند و تا فضای خارج سلولی گسترش می یابند. هنگامی که عملکرد مژک ها مختل می شود یا تعداد آنها کاهش می یابد، بیماری متابولیک به دلیل تغییر رشد پانکراس ایجاد می شود.
مژک های اولیه جزایر پانکراس ابتدا روی سلول های بتا شناسایی شدند که هر سلول دارای یک مژک بود. این مژک ها از زیر دامنه های متعددی تشکیل شده اند که هر مژک دارای بدنه پایه و آکسونم است. آکسونم دارای یک حلقه بیرونی 9 مضاعف از میکروتوبول ها است که هیچ ریزلوله مرکزی در پایه وجود ندارد. با این حال، این ساختار ممکن است پس از ظهور مژه ها از سطح سلول تغییر کند.
میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای مطالعه شکل ساختارهای سطحی استفاده می شود. با این حال، این رویکرد معماری زیر غشایی را در طول آماده‌سازی نمونه قربانی می‌کند. با این وجود، میکروسکوپ پیشرفته و فناوری تجزیه و تحلیل ممکن است به بررسی ساختار مژک های اولیه در تمام طول کمک کند.
در مطالعه حاضر، دانشمندان SEM را با استخراج غشایی جفت کردند تا مورفولوژی سطح مژک های اولیه، همراه با ساختار آکسونم ها در زیر غشای مژگانی را مشخص کنند. برخی از مژک‌هایی که غشای آنها برداشته شده بود، متعاقباً برای تعیین تعداد و اندازه میکروتوبول‌ها، سایر اجزای ساختاری که در چنین مژک‌هایی تکرار می‌شوند و کایرالیته بررسی شدند.
سلول های جزایر انسانی در لوزالمعده دارای اندامک های آنتن مانند بلندی به نام مژک هستند که گلوکز را حس می کنند. یک مطالعه تصویربرداری جدید نگاهی دقیق به این ساختارهای حیاتی ارائه می دهد. در PNAS: https://t.co/4Iwzm6FjYa pic.twitter.com/AuYNc0NLWB
— PNASNews (@PNASNews) 29 مه 2023
ساختار مژگانی چیست؟
محققان مژک های اولیه را به عنوان ساختارهای سطحی برجسته بین سه تا شش میکرومتر (μm) مشاهده کردند. مژک های دست نخورده برای تعیین ساختار آکسونم در طول طول آنها تصویربرداری شدند. به همین ترتیب، مژک های demembranted برای بررسی کل ساختار آکسونم تصویربرداری شدند.
اکثر مژک ها به دور از سلول هدایت شدند و طول آنها حدود شش میکرومتر برآورد شد. متوسط قطر پایه 240 نانومتر (nm) عرض در پایه و 50 نانومتر در نوک بود. این اندازه گیری ها نتایج مطالعات قبلی را تایید می کند.
هر مژک دارای حجمی در حدود 0.15 میکرومتر بود3، که 5000 برابر کمتر از سلول مربوطه است. علاوه بر این، هر مژک دارای مساحت 3.05 میکرومتر بود2که حدود 200 برابر کمتر از غشای پلاسمایی سلول است. هر مژک از یک محفظه مژگانی غشای پلاسمایی منشأ می‌گیرد که چندین عملکرد لنگر و مژه‌زایی را انجام می‌دهد.
جیب مژگانی بین انواع سلول های مختلف در جزیره متفاوت است، بنابراین سازماندهی غشایی متمایز در پایه مژک ها را در هر نوع سلول نشان می دهد. برخی از مژک ها دارای یک جیب مژگانی گودال شکل بودند، در حالی که برخی دیگر جیب های بسیار عمیق داشتند یا جیب قابل مشاهده ای نداشتند.
با حرکت به سمت بالا در طول مژگان، یک گردنبند مژگانی، که شامل پنج تا شش ردیف ذرات در اطراف پایه عمود بر جهت میکروتوبول بود، شناسایی شد. قطر گردنبند حدود 230 نانومتر و ارتفاع آن 140 نانومتر است. این ذرات ممکن است برای انتقال از سه قلو به دوتایی کلیدی باشند و در نتیجه به انتشار غشاء اجازه دهند.
قاعده هر مژک به نظر می رسد که توسط رشته های ظریف به سطح میکروویلی و اسکلت سلولی متصل شده است. این رشته ها شبیه الیاف اکتین هستند و با پیوندهای Y که در ناحیه انتقال بلافاصله بعد از پایه یافت می شوند متفاوت هستند.
این رشته های نامتقارن به ساختارهای هدف و به طور بالقوه به سطح سلول متصل می شوند، بنابراین پایه ای برای پایه مژگانی فراهم می کنند. دوتایی های میکروتوبولی در حدود یک سوم تا نیمی از مسیر در طول مسیر مژک به تکی تبدیل می شوند.
همانطور که انتقال از دوبل به تک رخ می دهد، با یک پیکربندی مارپیچ همراه است که معمولاً چپ دست است. قوس چرخشی حدود 1000 نانومتر طول دارد و گامی بین 500 تا 1000 نانومتر دارد.
این سیم پیچی ممکن است پایداری بسته میکروتوبول را افزایش دهد و تحرک مژگانی را تسهیل کند، در نتیجه ضربه ها را جذب کرده و عملکردهای کشش و طول را تعدیل کند. با این حال، مطالعات بیشتری برای تایید این یافته ها مورد نیاز است، که ممکن است به طولانی شدن آکسونم بدون نیاز به سنتز میکروتوبول های بیشتر کمک کند.
به نظر می‌رسد که دسته میکروتوبول‌ها توسط یک حلقه مژگانی زیر غشایی در برخی مژک‌های سلول بتا به هم متصل شده‌اند. نوک مژگانی سازماندهی مشخصی را با ریزلوله‌های کمتری به سمت انتهای دیستال نشان می‌دهد. مژک به یک کلاهک متراکم ختم می شود.
نوک مژگانی از نظر شکل از نوک تیز تا پیازی متغیر است که ممکن است نشان دهنده نقش های متفاوت مژک ها در سلول های جزایر مختلف باشد. در موارد نادر، یک سلول منفرد بیش از یک مژک داشت. با این حال، هدف از مژه های مرکب ناشناخته باقی مانده است. این اندامک ها ممکن است به دلیل بیان ژن دیفرانسیل برنامه ریزی شده، حفظ تراکم مژگانی مورد نظر یا در پاسخ به عوامل هورمونی ایجاد شوند.
چه پیامدهایی دارد؟
این مطالعه اولین بار است که مژه های اولیه انسان با جزئیات گسترده توصیف می شوند. علاوه بر این، توانایی بررسی 60 مژک در طول کامل آنها مرجعی برای مطالعات آینده در این زمینه است.
در اینجا، حلقه مژگانی برای اولین بار در پستانداران توصیف شد، که ممکن است به ثبات و تنظیم مجموعه مژگانی کمک کند.
تحقیقات بیشتری برای درک اینکه چگونه مورفولوژی مژگانی بین انواع مختلف سلول جزایر متفاوت است، مورد نیاز است. نقش اکتین در حرکت مژگانی، از جمله فرضیه‌هایی مانند تنظیم مژه‌زایی و اندوسیتوز، تثبیت مکانیکی آکسونم، یا تقسیم مژک به بخش‌های عملکردی نیز باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.
یک مطالعه معماری سه بعدی از مژک های اولیه انسان، اولین مورد در جزایر پانکراس و در هر بافت انسانی. نتایج پایه‌ای مورفومتریک برای درک عملکرد مژگانی از جمله ظرفیت سیگنال‌دهی، تحرک آکسونم و ارتباط سلول-سلول ارائه می‌کند.“
مرجع مجله:
- پولینو، ای جی، سویبن، اس.، ملنا، آی.، و همکاران (2023). میکروسکوپ الکترونی روبشی مژک جزایر انسانی PNAS. doi:10.1073/pnas.2302624120.