Les cils primaires sont des organites sensoriels présents à la surface des cellules ; cependant, leur structure physique n’a pas été définie pour des raisons techniques. Un nouveau PNAS L’étude a examiné les cils primaires dans les cellules des îlots humains à l’aide d’une approche de microscope électronique à balayage de surface à plusieurs échelles pour obtenir une image tridimensionnelle (3D) de leur architecture.
Étude: Microscopie électronique à balayage de cils d’îlots humains. Crédit d’image : José Luis Calvo / Shutterstock.com
Introduction
Les cils primaires des îlots humains sont impliqués dans la régulation de la glycémie dans le corps. Ces organites proviennent du centriole de la cellule, qui forme le corps basal ciliaire, et s’étendent dans l’espace extracellulaire. Lorsque la fonction des cils est altérée ou que leur nombre est réduit, une maladie métabolique survient en raison d’un développement pancréatique altéré.
Les cils primaires des îlots pancréatiques ont d’abord été identifiés sur les cellules bêta, chaque cellule ayant un cil. Ces cils sont constitués de plusieurs sous-domaines, chaque cil ayant un corps basal et un axonème. L’axonème a un anneau extérieur caractéristique à neuf doublets de microtubules, sans microtubule central à la base; cependant, cette structure peut changer après l’émergence des cils de la surface cellulaire.
La microscopie électronique à balayage (SEM) est utilisée pour étudier la forme des structures de surface; cependant, cette approche sacrifie l’architecture sous-membranaire lors de la préparation de l’échantillon. Néanmoins, la technologie avancée de microscopie et d’analyse peut aider à examiner la structure des cils primaires sur toute la longueur.
Dans l’étude actuelle, les scientifiques associent SEM à l’extraction membranaire pour délimiter la morphologie de surface des cils primaires, ainsi que la structure des axonèmes sous la membrane ciliaire. Certains cils dont les membranes ont été retirées ont ensuite été examinés pour définir le nombre et la taille des microtubules, d’autres composants structurels se répétant dans ces cils et la chiralité.
Les cellules des îlots humains du pancréas arborent de longs organites ressemblant à des antennes appelés cils qui détectent le glucose. Une nouvelle étude d’imagerie donne un aperçu détaillé de ces structures vitales. Dans PNAS : https://t.co/4Iwzm6FjYa pic.twitter.com/AuYNc0NLWB
– PNASNews (@PNASNews) 29 mai 2023
Quelle est la structure ciliaire ?
Les chercheurs ont considéré les cils primaires comme des structures de surface proéminentes entre trois et six micromètres (μm) de long. Les cils intacts ont été imagés pour déterminer la structure de l’axonème sur toute leur longueur. En conséquence, les cils démembranés ont été imagés pour examiner l’ensemble de la structure axonémique.
La plupart des cils ont été dirigés loin de la cellule et ont été estimés à environ six μm de long. Le diamètre basal moyen était de 240 nanomètres (nm) de large à la base et de 50 nm à la pointe. Ces mesures corroborent celles des études précédentes.
Chaque cil avait un volume d’environ 0,15 μm3, soit 5 000 fois moins que la cellule correspondante. De plus, chaque cil avait une surface de 3,05 μm2, soit environ 200 fois moins que la membrane plasmique de la cellule. Chaque cil provient d’une poche ciliaire de la membrane plasmique, qui remplit de multiples fonctions d’ancrage et de ciliogenèse.
La poche ciliaire variait entre les différents types de cellules dans l’îlot, indiquant ainsi une organisation membranaire distincte à la base des cils dans chaque type de cellule. Certains cils présentaient une poche ciliaire en forme de fosse, tandis que d’autres avaient des poches très profondes ou aucune poche visible.
En remontant le long de la longueur ciliaire, un collier ciliaire, qui comprenait cinq à six rangées de particules autour de la base perpendiculairement à la direction des microtubules, a été identifié. Le collier mesure environ 230 nm de diamètre et 140 nm de hauteur. Ces particules peuvent être la clé de la transition des triplets aux doublets, permettant ainsi à la diffusion membranaire de se produire.
La base de chaque cil apparaît attachée par de fins fils à la surface des microvillosités et du cytosquelette. Ces fils ressemblent à des fibres d’actine et sont différents des liens Y trouvés dans la zone de transition immédiatement après la base.
Ces brins asymétriques se fixent aux structures cibles et potentiellement à la surface cellulaire, fournissant ainsi une base pour la base ciliaire. Les doublets de microtubules se transforment en singlets à environ un tiers à la moitié du parcours du cil.
Lorsque la transition des doublets aux singulets se produit, elle s’accompagne d’une configuration hélicoïdale typiquement gaucher. L’arc de rotation mesure environ 1 000 nm de long, avec un pas compris entre 500 et 1 000 nm.
Cet enroulement peut augmenter la stabilité du faisceau de microtubules et faciliter la mobilité ciliaire, absorbant ainsi les chocs et modulant les fonctions d’étirement et de longueur. Cependant, d’autres études sont nécessaires pour confirmer ces résultats, ce qui peut aider à allonger l’axonème sans avoir à synthétiser plus de microtubules.
Le faisceau de microtubules semblait être maintenu ensemble par un anneau ciliaire sous-membranaire dans certains cils de cellules bêta. La pointe ciliaire présentait une organisation distincte, avec moins de microtubules présents vers l’extrémité distale. Le cil se termine par une coiffe dense.
La pointe ciliaire varie en forme de pointue à bulbeuse, ce qui peut indiquer différents rôles pour les cils dans différentes cellules des îlots. Dans de rares cas, une seule cellule avait plus d’un cil; cependant, le but des cils composés reste inconnu. Ces organites peuvent survenir en raison de l’expression différentielle planifiée des gènes, du maintien de la densité ciliaire souhaitée ou en réponse à des facteurs hormonaux.
Quelles sont les implications ?
L’étude marque la première fois que des cils primaires humains ont été décrits en détail. De plus, la possibilité d’examiner 60 cils sur toute leur longueur fournit une référence pour de futures études dans ce domaine.
Ici, l’anneau ciliaire a été décrit pour la première fois chez les mammifères, ce qui peut contribuer à la stabilité et réguler l’assemblage ciliaire.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment la morphologie ciliaire varie entre les différents types de cellules des îlots. Le rôle de l’actine dans le mouvement ciliaire, y compris des hypothèses telles que la régulation de la ciliogenèse et de l’endocytose, la stabilisation mécanique de l’axonème ou la division du cil en segments fonctionnels, devrait également être étudié plus avant.
Une étude architecturale 3D des cils primaires humains, la première dans les îlots pancréatiques et dans n’importe quel tissu humain. Les résultats fournissent une base morphométrique pour comprendre la fonction ciliaire, y compris la capacité de signalisation, la motilité axonémique et la communication cellule-cellule.”
