Varje levande organism uttrycker fina cellulära utsprång som kallas flimmerhår. Flagellater behöver dem för att röra sig, rundmaskar för att hitta mat, och spermier för att röra sig mot ägget. Cilia bildar fina skyddande hårstrån i lungorna och spelar en avgörande roll i differentieringen av organ i embryon. En forskargrupp vid Münchens tekniska universitet (TUM) har nu rekonstruerat proteinkomplexet som ansvarar för transport inom flimmerhåren, som spelar en avgörande roll för deras funktion.

Dessa exkrecenser av eukaryota celler säkerställer till och med att det mänskliga hjärtat hamnar på rätt plats – flimmerhåren styr organutvecklingen hos det växande fostret. "Denna multifunktionalitet är helt fascinerande, " säger Dr Zeynep Ökten, biofysiker vid fysikavdelningen vid Münchens tekniska universitet.

Först på senare år har flimmerhårens betydelse för signaltransduktion insetts. "Hittills, vi vet väldigt lite om vilka biokemiska processer som styr de olika funktionerna. Detta gör att förstå de grundläggande mekanismerna ännu viktigare, säger forskaren.

Forskaren håller en glasskiva med tunn, vätskefyllda kapillärer upp till ljuset. Det finns inte mycket att se – bara en genomskinlig vätska. Endast under ett fluorescensmikroskop blir rörelsen av färgmärkta föreningar synliga som gröna prickar, alla strävar åt ett håll. Som på en motorväg, transportproteinerna migrerar längs de tunna kanalerna i flimmerhåren. Men hur dessa motorer startas har förblivit ett mysterium tills nu. Det var därför Zeynep Ökten och hennes team bestämde sig för att rekonstruera proteinkomplexet.

Byggstenarna i proteinkomplexet härrör från modellorganismen Caenorhabditis elegans nematoden. Den använder sina flimmerhår för att hitta mat och upptäcka faror. Biologerna har redan identifierat dussintals proteiner som påverkar funktionen hos nematodflimmerhåren.

"Här, den klassiska uppifrån-och-ned-metoden når sina gränser eftersom för många byggstenar är inblandade, " förklarar Ökten. "För att förstå den intra-flagella transporten, IFT för kort, vi tog alltså motsatt inställning, studera individuella proteiner och deras interaktioner från botten och upp."

Nålen i en proteinhöstack

Verket liknade det ökända sökandet efter nålen i en höstack. En mängd olika molekylära föreningar kom i fråga. Efter månader av experiment, forskarna snubblade över en minimal kombination av fyra proteiner. Så snart dessa proteiner smälter samman till ett komplex, de börjar migrera genom provbärarens kapillärer.

"När vi såg bilderna av fluorescensmikroskopet, vi visste genast:Nu har vi hittat de delar av pusslet som startar motorn, " påminner Ökten. "Om bara en av dessa komponenter saknas, på grund av en genetisk defekt, till exempel, maskineriet kommer att misslyckas — vilket, på grund av flimmerhårens betydelse, återspeglas i en lång rad allvarliga sjukdomar."