Axonemal structures reveal mechanoregulatory and disease mechanisms

운동 섬모(cilia)와 편모(flagella)는 세포 표면에서 리드미컬하게 박동하여 유체의 흐름을 촉진하고, 정자와 단세포 진핵생물이 헤엄칠 수 있도록 합니다. 사람의 경우, 섬모 운동의 결함은 남성 불임과 섬모에 의한 점액 제거 장애가 만성 호흡기 감염을 일으키는 원발성 섬모 장애(primary ciliary dyskinesia; PCD)라고 불리는 선천성 장애를 초래할 수 있습니다. 섬모 운동은 microtubule, ATP-powered dynein motor 및 regulatory complexes로 구성된 분자 구조인 axoneme에 의해 생성됩니다. Axoneme의 크기와 복잡성 때문에, 지금까지 axoneme 원자 모델의 개발이 어려워 그 기능에 대한 이해에 걸림돌이 되었습니다.

이 논문에서는 최근 인공지능의 발달로 인해 가능해진 구조 예측과 극저온 전자 현미경(cryo-EM)을 활용하여 조류 Chlamydomonas reinhardtii와 인간의 호흡 섬모의 편모에서 나오는 96nm 모듈식 축삭 반복의 구조 파악을 강조합니다. 저자들의 원자 단위 모델은 axonemes의 보존과 분화, dynein과 그 regulators 사이의 상호 연결성, 축삭 주기성을 유지하는 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 기계 조절 복합체의 관련된 axonemal dynein motors와 관련된 구조 변화는 모세혈관 운동성을 조절하기 위해 기계 전달 경로를 위한 메커니즘에 대해 긴 가설을 제공합니다. 이에 더불어 PCD를 앓는 사람 4명의 호흡-섬모 이중 미세관의 구조를 통해 개별 docking factors의 손실이 어떻게 주기적 반복 구조를 선택적으로 근절하는지 보입니다.