The Primary Cilium is a Microtubule-Driven Electrical Antenna. The Case of Renal Epithelial Cells
Creators
- 1. Instituto Multidisciplinario de Biología Vegetal
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Description
Abstract The primary cilium is a non-motile sensory organelle that acts as a transducer of environmental cues into cellular responses. It comprises an axoneme, which is a core of microtubules (MTs), coated by a specialized membrane populated by receptors and a high density of ion channels. Dysfunctional primary cilia generate several diseases known as ciliopathies. However, the nature of ciliary signaling remains largely unknown. Herein, we determined by the patch-clamp technique, the electrical activity of cytoplasmic and axonemal MTs from LLC-PK1 renal epithelial cells. We observed electrical oscillations with fundamental frequencies at ~39 Hz and ~93 Hz in sheets of cytoplasmic MTs. We also studied isolated and in situ intact and Triton X-permeabilized primary cilia, observing electrical oscillations with peak frequencies at either 29-49 (non-permeabilized) or ~40-49 Hz (permeabilized) and ~93 Hz (both). The axonemal electrical oscillations changed with maneuvers that modify ciliary length, including addition of external Ca2+ and Li+. We also applied Continuous Wavelet Transform (CWT) and cross-correlation analyses in the Time-Frequency domain to assess the coherence between cytoplasmic and axonemal MT electrical oscillations. The evidence indicates that the primary cilium is an electrical antenna that produces MT-based electrical oscillations regulated by ciliary channels and receptors.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الملخص الأهداب الأولية هي عضية حسية غير متحركة تعمل كمحول للإشارات البيئية إلى استجابات خلوية. وهو يتألف من محور عصبي، وهو نواة من الأنابيب الدقيقة (MTs)، مغلفة بغشاء متخصص مأهول بمستقبلات وكثافة عالية من القنوات الأيونية. تولد الأهداب الأولية المختلة العديد من الأمراض المعروفة باسم الاعتلالات الهدبية. ومع ذلك، لا تزال طبيعة الإشارات الهدبية غير معروفة إلى حد كبير. هنا، حددنا من خلال تقنية المشبك اللاصق، النشاط الكهربائي للخلايا الخلوية والخلايا المحورية من الخلايا الظهارية الكلوية LLC - PK1. لاحظنا تذبذبات كهربائية ذات ترددات أساسية عند ~39 هرتز و ~93 هرتز في أوراق MTs السيتوبلازمية. درسنا أيضًا الأهداب الأولية المعزولة والسليمة في الموقع و Triton X - permeabilized، مع ملاحظة التذبذبات الكهربائية ذات ترددات الذروة إما عند 29-49 (غير متوازنة) أو ~40-49 هرتز (متخللة) و ~93 هرتز (كلاهما). تغيرت التذبذبات الكهربائية المحورية مع المناورات التي تعدل الطول الهدبي، بما في ذلك إضافة Ca2 + و Li+ الخارجي. كما طبقنا تحليلات تحويل الموجات المستمرة (CWT) والارتباط المتبادل في مجال التردد الزمني لتقييم التماسك بين التذبذبات الكهربائية السيتوبلازمية والمحورية. تشير الأدلة إلى أن الهدب الأولي هو هوائي كهربائي ينتج تذبذبات كهربائية قائمة على MT تنظمها القنوات الهدبية والمستقبلات.Translated Description (French)
Résumé Le cil primaire est un organite sensoriel non mobile qui agit comme un transducteur des signaux environnementaux en réponses cellulaires. Il comprend un axonème, qui est un noyau de microtubules (MT), recouvert d'une membrane spécialisée peuplée de récepteurs et d'une forte densité de canaux ioniques. Les cils primaires dysfonctionnels génèrent plusieurs maladies appelées ciliopathies. Cependant, la nature de la signalisation ciliaire reste largement inconnue. Ici, nous avons déterminé par la technique du patch-clamp, l'activité électrique des MT cytoplasmiques et axonémiques des cellules épithéliales rénales LLC-PK1. Nous avons observé des oscillations électriques avec des fréquences fondamentales à ~39 Hz et ~93 Hz dans des feuilles de MT cytoplasmiques. Nous avons également étudié des cils primaires isolés et in situ intacts et perméabilisés au Triton X, en observant des oscillations électriques avec des fréquences de crête à 29-49 (non perméabilisés) ou ~40-49 Hz (perméabilisés) et ~93 Hz (les deux). Les oscillations électriques axonémiques ont changé avec les manœuvres qui modifient la longueur ciliaire, y compris l'ajout de Ca2+ et de Li+ externes. Nous avons également appliqué la transformation en ondelettes continues (CWT) et des analyses de corrélation croisée dans le domaine temps-fréquence pour évaluer la cohérence entre les oscillations électriques MT cytoplasmiques et axonémiques. Les preuves indiquent que le cil primaire est une antenne électrique qui produit des oscillations électriques à base de MT régulées par des canaux et des récepteurs ciliaires.Translated Description (Spanish)
Resumen El cilio primario es un orgánulo sensorial inmóvil que actúa como un transductor de señales ambientales en las respuestas celulares. Comprende un axonema, que es un núcleo de microtúbulos (MT), recubierto por una membrana especializada poblada por receptores y una alta densidad de canales iónicos. Los cilios primarios disfuncionales generan varias enfermedades conocidas como ciliopatías. Sin embargo, la naturaleza de la señalización ciliar sigue siendo en gran parte desconocida. En este documento, determinamos mediante la técnica de pinzamiento zonal, la actividad eléctrica de las MT citoplasmáticas y axonémicas de las células epiteliales renales LLC-PK1. Observamos oscilaciones eléctricas con frecuencias fundamentales a ~39 Hz y ~93 Hz en láminas de MT citoplasmáticas. También estudiamos cilios primarios aislados e in situ intactos y permeabilizados con Triton X, observando oscilaciones eléctricas con frecuencias máximas de 29-49 (no permeabilizados) o ~40-49 Hz (permeabilizados) y ~93 Hz (ambos). Las oscilaciones eléctricas axonémicas cambiaron con maniobras que modifican la longitud ciliar, incluyendo la adición de Ca2+ y Li+ externos. También aplicamos la Transformada de Onda Continua (CWT) y los análisis de correlación cruzada en el dominio Tiempo-Frecuencia para evaluar la coherencia entre las oscilaciones eléctricas de MT citoplasmáticas y axonémicas. La evidencia indica que el cilio primario es una antena eléctrica que produce oscilaciones eléctricas basadas en MT reguladas por canales y receptores ciliares.Files
latest.pdf.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1b71796d7af3b6e3ce6fafda63101261
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الهوائي الأساسي هو هوائي كهربائي يعمل بالأنابيب الدقيقة. حالة الخلايا الظهارية الكلوية
- Translated title (French)
- Le cil primaire est une antenne électrique pilotée par microtubules. Le cas des cellules épithéliales rénales
- Translated title (Spanish)
- El cilio primario es una antena eléctrica accionada por microtúbulos. El caso de las células epiteliales renales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4213419574
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-1346209/v1