Zilienbiogenese

Zilienbiogenese beschreibt die Entstehung, das Wachstum und die Instandhaltung von Zilien, spezialisierten Zellfortsätzen, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Es gibt primäre Zilien, meist eine pro Zelle und unbeweglich, die als sensorische Signalplattformen dienen, sowie bewegliche Zilien, die in bestimmten Geweben Wellen- oder Rotationsbewegungen erzeugen. Die primären Zilien spielen eine zentrale Rolle bei der Wahrnehmung von Umweltreizen und der Regulation mehrerer Signalwege.

Der biogenetische Ablauf beginnt typischerweise, wenn eine Zelle aus dem Teilungszyklus hinaustritt. Der Mutter-Zentrosom-Kern (Basalkörper) dockt an der Plasmamembran an, unterstützt durch Distal-Appendagen, und bildet so die Basalstruktur der Zile. Eine ciliary Vesicle-Membran umschließt den Basalkörper, gefolgt von der Bildung des Axonems, eines Mikrotubulus-Skeletts. Die axonemale Erweiterung erfolgt durch intraflagelläre Transportprozesse: Anterograde Transportbahn (IFT-B) wird durch Kinesin-2 bewegt, retrograde Transportbahn (IFT-A) durch Dynein-2. Die Transition Zone fungiert als selektive Barriere zwischen Ziliendomäne und Zellarum, während sich die Zilienmembran ausdehnt und den Axonem umhüllt. Die Ziliogenese wird durch eine koordinierte Regulation von Zentrosomen- und Basalplattenproteinen wie CEP164, TTBK2 und CP110 gesteuert; der Abbau von CP110 an der Distalappendage ist ein entscheidender Schritt.

Funktionell dient die Zilie als Informationszentrum, das Signale wie Hedgehog, Wnt, PDGFRα und GPCRs verarbeitet und so Entwicklung, Gewebehomöostase und Zelldifferenzierung beeinflusst. Dysfunktionen in der Zilienbiogenese oder im intraflagellären Transport führen zu Ziliopathien, darunter polyzystische Nierenerkrankungen, Bardet-Biedl-Syndrom, Joubert-Syndrom und nephronophthisis, die vielfältige Organsysteme betreffen.

In der Forschung dienen Modellorganismen wie Chlamydomonas und Zebrafisch der Untersuchung der Grundlagen von Zilienbiogenese, Struktur und Signalvermittlung.