Le tubuline tau chinasi 1 e 2 regolano la ciliogenesi e le cellule staminali pluripotenti umane

Aug 28, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12884 (2023) Citare questo articolo

855 accessi

6 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le ciglia primarie sono regolatori chiave dello sviluppo dell'embrione e dell'omeostasi dei tessuti. Tuttavia, i loro meccanismi e le loro funzioni, in particolare nel contesto delle cellule umane, non sono ancora chiari. Qui, abbiamo analizzato le conseguenze della modulazione delle ciglia primarie per la proliferazione e la differenziazione delle cellule staminali pluripotenti umane (hPSC). Segnaliamo che né l'attivazione della via di segnalazione Hedgehog associata alle cilia né l'ablazione delle ciglia primarie mediante editing genetico CRISPR per eliminare Tau Tubulin Kinase 2 (TTBK2), un regolatore cruciale della ciliogenesi, influenzano l'autorinnovamento delle hPSC. Inoltre, mostriamo che TTBK1, una chinasi correlata senza precedenti collegamenti alla ciliogenesi, è sovraregolata durante la differenziazione della rosetta neurale derivata dalle hPSC. È importante sottolineare che dimostriamo che mentre TTBK1 non riesce a localizzarsi nel centriolo madre, regola la formazione delle ciglia primarie nelle hPSC differenziate, ma non in quelle indifferenziate. Infine, mostriamo che TTBK1/2 e le ciglia primarie sono implicate nella regolazione della dimensione delle rosette neurali derivate dalle hPSC.

Le ciglia sono organelli simili a capelli che sporgono dalla superficie della maggior parte delle cellule. Sebbene le ciglia mobili siano forse gli organelli più antichi mai conosciuti1, la funzione del singolo ciglio primario non mobile è rimasta per molto tempo enigmatica. È ormai noto che il ciglio primario contiene recettori ed effettori di diverse vie di segnalazione, come la via Hedgehog (HH)2,3. Al contrario, le ciglia primarie governano aspetti importanti dello sviluppo embrionale e dell'omeostasi dei tessuti3,4. Difetti nell'assemblaggio e nella funzione delle ciglia primarie causano malattie come la sindrome di Bardet-Biedel, la sindrome di Joubert o la nefronoftisi, chiamate collettivamente ciliopatie5. Lo stato delle ciglia colpisce anche alcuni tipi di cancro, come il medulloblastoma o il carcinoma basocellulare6. Pertanto, prendere di mira i percorsi correlati al cilio può rappresentare una strategia terapeutica propizia.

Il ciglio primario completamente cresciuto è composto dal corpo basale derivato dal centriolo madre, dalla zona di transizione e dall'assonema basato su microtubuli racchiuso all'interno di una membrana ciliare7. L'assemblaggio del ciglio viene avviato all'estremità distale del centriolo madre, mediante l'azione coordinata dei componenti dell'appendice distale (come CEP83 e CEP164) e della Tau tubulina chinasi 2 (TTBK2)8,9,10,11. L'attività della chinasi TTBK2 è essenziale per la ciliogenesi: nelle cellule prive della chinasi attiva non si formano ciglia. Dopo il rilascio e l'aggancio delle vescicole alle appendici distali, i componenti del trasporto intraflagellare (IFT) vengono reclutati in modo dipendente da TTBK28,10 per facilitare la crescita dell'assonema ciliare trasportando vari carichi tra la base delle ciglia e la punta12. È interessante notare che non è stata ancora fornita alcuna prova di un ruolo nella formazione delle ciglia per TTBK1, con il suo dominio chinasico molto simile a quello di TTBK213.

La via Hedgehog è forse la via di segnalazione meglio caratterizzata che si basa sulle ciglia primarie. In assenza del ligando HH, il recettore Patched (PTCH) si localizza all'interno del ciglio primario e previene l'accumulo ciliare del recettore Smoothened (SMO). Il legame del ligando HH al PTCH avvia la rimozione di PTCH dal ciglio, portando a sua volta all'accumulo di SMO all'interno delle ciglia. La SMO interagisce quindi con il colesterolo all'interno delle ciglia per cambiare l'elaborazione di GLI dalla sua forma repressiva (GLI-R) alla forma attiva (GLI-A). Sia GLI-R che GLI-A vengono traslocati dalle ciglia primarie al nucleo cellulare per reprimere e indurre rispettivamente i geni bersaglio HH2,4,14. Le trascrizioni regolate da HH includono componenti del percorso (ad esempio PTCH1, GLI1), nonché fattori di trascrizione che regolano la proliferazione e le decisioni sul destino cellulare3.

La via di segnalazione HH svolge un ruolo importante nello sviluppo neurale. La sua attività è fondamentale per la costituzione della piastra di base (la fonte del ligando HH nella parte ventrale del tubo neurale) e la specificazione dei singoli tipi neuronali15,16. Questa attività è contrastata dalle vie WNT/beta-catenina e BMP. Pertanto, la formazione del modello del tubo neurale risulta dalle attività contrastanti di HH, WNT e BMP, regolate sia spazialmente che temporalmente17,18. Inoltre, la segnalazione HH guida la proliferazione cellulare durante lo sviluppo neurologico nei topi19 e può promuovere la divisione cellulare sia nei tipi di cellule neurali che non neurali20,21.