$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Pierwotne rzęski to długie, oparte na mikrotubulach wyrostki, które wystają z powierzchni większości komórek ssaków. Rzęski pierwotne są często mylone z rzęskami ruchliwymi, których zawsze jest wiele na komórkę i których celem jest przemieszczanie płynu po powierzchniach błony. Z kolei rzęski pierwotne przyjmują role sensoryczne i w związku z tym są również określane jako rzęski czuciowe. Niegdyś dawno zapomniane, organelle te zostały niedawno "ponownie odkryte" w wyniku ich związku z wieloma chorobami genetycznymi człowieka1. Wykazano, że pierwotna rzęska, idealnie umieszczona jako organella sygnałowa, reguluje liczne szlaki sygnałowe, z których wiele jest ważnych nie tylko w homeostazie tkanek i chorobie, ale także podczas rozwoju2.
Jednym z pierwszych szlaków sygnałowych, które okazały się być związane z dysfunkcją rzęsek, był niekanoniczny szlak sygnałowy Wnt, znany również jako szlak biegunowości komórek planarnych (PCP)3. Ta kaskada sygnalizacyjna początkowo zidentyfikowana u Drosophila ma kluczowe znaczenie dla embriogenezy; W szczególności dla procesów konwergencji i wydłużenia oraz dla prawidłowej orientacji komórek w płaszczyźnie nabłonka4. Sekwencyjna sygnalizacja rdzeniowego zestawu białek regulatorowych tłumaczy sygnały kierunkowe, które ostatecznie prowadzą do przegrupowań cytoszkieletu i skutkują skoordynowaną polaryzacją komórek nabłonka w płaszczyźnie5. Proces konwergencji i wydłużania jest absolutnie konieczny do wydłużenia przewodu ślimakowego i prawidłowego wzorca komórkowego6. Ponieważ jest to regulowane poprzez aktywację szlaku PCP, jednym z najbardziej uderzających fenotypów mutantów PCP ślimaka jest skrócony przewód ślimakowy ze zdezorganizowanym nabłonkiem czuciowym7. Podobnie mutanty myszy, które nie mają rzęsek, również wykazują taki fenotyp konwergencji i rozszerzenia8,9, chociaż dokładnie, w jaki sposób jest to regulowane, pozostaje do wyjaśnienia.
Ponieważ procesy konwergencji i rozszerzania są kluczowe dla rozwoju przewodu ślimakowego i komórkowego wzorca nabłonka czuciowego w przewodzie ślimakowym, rozwijający się ślimak jest idealnym organem do badania sygnalizacji PCP podczas rozwoju kręgowców. Narząd Cortiego, termin nadany wyspecjalizowanemu nabłonkowi czuciowemu wyściełającemu przewód ślimakowy, składa się z nieczuciowych komórek podporowych i mechanosensorycznych komórek rzęsatych, które muszą być równomiernie zorientowane, aby ślimak mógł funkcjonować10. Mechanosensoryczne komórki rzęsate są tak nazywane ze względu na stereorzęskowe wiązki, które rozciągają się od płytki naskórkowej (powierzchni wierzchołkowej) każdej czuciowej komórki rzęsatej11. Działają one jako główne przetworniki mechanosensacji i pomimo ich nomenklatury jako stereocilia, w rzeczywistości składają się ze zmodyfikowanych mikrokosmków opartych na włóknach aktynowych. Wewnątrz każdej wiązki włosów w kształcie szewronu, trzy rzędy stereocilii są zorganizowane w wysoce uporządkowany i regularny wzór w sposób przypominający schody. Prawdziwe rzęski oparte na mikrotubulach, zwane kinociliami, są wymagane do rozwoju i orientacji wiązek stereorzęskowych12. Na każdej komórce rzęsatej jedno pojedyncze kinocilium jest fizycznie przymocowane do wiązki stereocilia, znajdującej się centralnie w sąsiedztwie najwyższego rzędu stereocilii. Dokładna funkcja kinocilium jest niejasna, a jedna z hipotez mówi, że kinocilium "przyciąga" stereocilia do kształtu, gdy dojrzewają z mikrokosmków12. U kręgowców kinorzęski w ślimaku są obecne tylko przejściowo i wycofują się z komórek rzęsatych u myszy przed pojawieniem się słuchu11,13,14.
Całkowita utrata rzęsek w rozwijającym się ślimaku skutkuje znacznie skróconymi przewodami ślimakowymi, nieprawidłowo uformowanymi i źle zorientowanymi wiązkami stereorzęskowymi, a także nieprawidłowo ustawionymi ciałami podstawnymi8,9. Funkcjonalna rzęska składa się nie tylko z aksonemu rzęskowego. Wiele białek związanych z funkcją rzęsek występuje w kompleksach zlokalizowanych w poddomenach związanych z rzęskami, takich jak ciało podstawne, strefa przejściowa lub aksonem rzęskowy15. Ciało podstawne, pochodzące z macierzystej centrioli centrosomu, jest również centrum organizującym mikrotubule dla mikrotubul rozciągających się od rzęski do ciała komórki i może regulować transport wewnątrzkomórkowy, a także transport rzęskowy. Strefa przejściowa rzęsek to kolejny region, w którym funkcja rzęsek jest regulowana pod względem organizacji importu i eksportu związków rzęskowych16.
Wiele badań zidentyfikowało związek między rzęskami a niekanonicznym Wnt (sygnalizacja PCP), chociaż dokładny mechanizm jest niejasny17. Redundancja genów rzęskowych i PCP oraz wrażliwość polaryzacji komórek na uogólnione nieprawidłowości komórkowe utrudniają bezpośrednie powiązanie mutacji z deficytami specyficznymi dla PCP. Jednym z odczytów sygnalizacji PCP jest umiejscowienie ciała podstawnego i rzęski pierwotnej, dlatego oddzielenie wad pierwotnych od wtórnych jest trudne. Niektóre badania na mutantach danio pręgowanego i myszy sugerują brak związku między rzęskami a sygnalizacją Wnt18-20. Rozbieżności w danych mogą odzwierciedlać zależne od gatunku, tkanki lub czasu różnice w udziale rzęsek w sygnalizacji Wnt. Co więcej, normalna reaktywność Wnt może zostać zachowana, jeśli podstawowe ciała pozostają funkcjonalne. Głębszy wgląd w rolę białek rzęskowych w komórkowych szlakach sygnałowych i innych zjawiskach biologicznych ma kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia biologii komórkowej i rozwojowej, a także dla opracowania ukierunkowanych strategii leczenia.