ריסון (ביולוגיה)

ריסון בנוי מגוף בזאלי על פני התא. מהגוף הזה נוצר שורש הריסון לפני דיסקית המעבר ואזור המעבר שבו שלשות מיקרוטובוליות מוקדמות מתחלפות לכפולות מיקרוטובוליות של אקסונמה.

בסיס הריסון הוא הגוף הבזאלי, מונח המיושם על צנטריול האם (centriole) הקשור לריסון. גופים בזאליים של יונקים מורכבים מצינורית של תשע מיקרו-צינוריות משולשות, תוספות תת-דיסטליות ותשעה מבנים דמויי-תמוכות (תוספות דיסטליות) המחברים את הגוף הבזאלי לקרום בבסיס הריסון. שניים מכל מיקרוטובול אחד משולש של הגוף הבזאלי מתרחבים במהלך הצמיחה של האקסונמה והופכים למיקרוטובולים כפולים.

השורש הריסוני הוא מבנה דמוי ציטו-שלד (שלד תאי) שמקורו בגוף הבזאלי בקצה הפרוקסימלי (המקורב) של הריסון. שורשים הם בדרך כלל בקוטר 80-100 ננומטר ומכילים רצועות צולבות במרווחים של כ-55–70 ננומטר. רכיב בולט בשורש הוא רוטלטין (rootletin), חלבון שורש סליל מפותל המקודד על ידי הגן CROCC.^[17]

האזור הפרוקסימלי של הריסון מורכב מאזור מעבר (ciliary gate), השולט בכניסה וביציאה של חלבונים.^[18][19][20] באזור המעבר, מבנים בצורת Y מחברים את קרום הריסון אל האקסונמה הבסיסית. שליטה בכניסה סלקטיבית בריסונים כרוכה לעיתים במבנה דמוי מסננת של אזור מעבר. פגמים תורשתיים במרכיבים של אזור המעבר גורמים לסיליופתיות כגון תסמונת ז'וברט (Joubert syndrome). המבנה והתפקוד של אזור המעבר נשמרים באורגניזמים מגוונים, כולל בעלי חוליות, סי אלגנס, דרוזופילה ואצה ירוקה מסוג Chlamydomonas reinhardtii. אצל יונקים, הפרעה באזור המעבר מפחיתה את השפע הריסוני של חלבוני ריסונים הקשורים לממברנה, כגון אלה המעורבים בהעברת אותות באמצעות חלבוני קיפוד הקשורים לתקשורת תאית, מה שפוגע בהתפתחות העוברית התלויה בחלבונים אלה, התפתחות של דפוס מערכת העצבים המרכזית.

בתוך ריסון יש ליבה, אקסונמה, שהיא ציטו-שלד מבוסס צינוריות זעירות (מיקרוטובולות). לאקסונמה של ריסון ראשוני יש בדרך כלל טבעת של תשע כפולות מיקרוטובוליות חיצוניות (אקסונמה 9+0), ולאקסונמה של ריסון תנועתי יש, בנוסף לתשע הכפולות החיצוניות, שתי צלעות מיקרוטובוליות מרכזיות (אקסונמה 9+2). זה אותו סוג אקסונמה של שוטון. האקסונמה בריסון תנועתי פועלת כפיגום לזרועות הדינאין הפנימיות והחיצוניות המניעות את הריסון, ומספקת מסלולים לחלבונים המוטוריים של המיקרו-צינוריות של קינזין ודינאין.^[2][21][22] ההובלה של רכיבי הריסונים היא הובלה תוך-שוטונית (IFT) שדומה להובלה באקסון, בסיב עצב. חלבונים מוטוריים דו-כיווניים וציטו-שלדיים, קינזין ודינאין, מעבירים רכיבי ריסון לאורך מסלולי המיקרו-צינוריות; קינזין בתנועה אנטרוגרדית (קדמית) לכיוון קצה הריסון ודינאין בתנועה רטרוגרדית (אחורית) לכיוון גוף התא. לריסון יש קרום ריסוני סגור בתוך קרום התא שסביבו.^[23]

בבעלי חיים, ריסונים ראשוניים לא תנועתיים נמצאים כמעט בכל סוג של תאים. תאי דם הם חריג בולט.^[2] לרוב התאים יש רק ריסון אחד, בניגוד לתאים עם ריסונים תנועתיים. יוצא דופן הוא נוירון חוש הריח, בו יש קולטני ריח. לכל נוירון כזה יש כעשרה ריסונים. לסוגי תאים מסוימים, כגון תאי קולטני רשתית, יש ריסונים ראשוניים.^[24]

הריסון התגלה ב-1898, אך לא זכה להתייחסות במשך מאה שנים ונחשב לאברון שרידי ללא תפקיד חשוב.^[25][2] ממצאים בנוגע לתפקידיו הפיזיולוגיים בתחושתיות כימית (chemosensation), העברת אותות ובקרת צמיחת תאים, חשפו את חשיבותו בתפקוד התא. חשיבותו לביולוגיה האנושית הודגשה על ידי גילוי תפקידו בקבוצת מחלות הנגרמות על ידי דיסגנזה או תפקוד לקוי של ריסונים, כגון מחלת כליות פוליציסטית,^[26] מום לב מולד,^[27] צניחה של המסתם הצניפי (מיטרלי)^[28] וניוון רשתית,^[29] המכונה סיליופאתיה (ניוון ריסון, ciliopathy).^[30][31] ריסון ראשוני ממלא תפקיד חשוב בתפקודם של איברים אנושיים רבים.^[2][10] ריסונים ראשוניים על תאי בטא בלבלב מווסתים את תפקודו ואת חילוף החומרים שלו. אי קיום של ריסונים עלול להוביל לתפקוד לקוי של איי לנגרהנס ולסוכרת מסוג 2.^[32]

ריסונים מורכבים במהלך שלב G1 ומפורקים לפני שמתרחשת מיטוזה.^[33][11] פירוק של ריסונים מחייב פעולה של הקינאז Aurora kinase A.^[34] ריסונים ראשוניים הם "אנטנות תאיות חושיות המתאמות מסלולי איתות סלולריים רבים, ולעיתים מצמידים את האיתות לתנועתיות ריסונית או לחלופין לחלוקת תאים והתמיינות".^[35] הריסון מורכב מתת-אזורים (דומיינים) ומוקף בקרום פלזמה רציף עם קרום הפלזמה של התא. עבור ריסונים רבים, הגוף הבזאלי, שבו מקורו של הריסון, ממוקם בפלישת ממברנה הנקראת כיס ריסוני. קרום ריסון ומיקרוטובולים בגוף הבזאלי מחוברים באמצעות נספחים דיסטליים (דיסטלי הוא מרוחק או נפרד) - סיבי מעבר. שלפוחיות נושאות מולקולות למעגן הריסונים. סיבי המעבר יוצרים אזור מעבר שבו הכניסה והיציאה של מולקולות אל הריסונים ומהם מווסתת. חלק מהאותות עם ריסונים אלה עוברים בקישור ליגנד כגון איתות קיפוד (Hedgehog signaling pathway) (אנ').^[36] צורות אחרות של איתות כוללות קולטנים צמודים לחלבון G, שכוללים קולטני סומטוסטטין 3 בנוירונים.^[37]

קינוציליות (Kinocilium, סוג של ריסון) שנמצאות על תאי שיער באוזן הפנימית נקראות ריסונים ראשוניים מיוחדים, או ריסונים לא תנועתיים. יש להם אקסונמה 9+2 של ריסונים תנועתיים אבל לא זרועות דינאין פנימיות שמאפשרות תנועה. הן נעות באופן פסיבי בעקבות זיהוי הקול, המתאפשר על ידי זרועות הדינאין החיצוניות.^[38][39]

ליונקים יש גם ריסונים תנועתיים או ריסונים משניים שנמצאים בדרך כלל על פני התא במספרים גדולים ונעים בגלים מטאכרוניים מתואמים (Metachronal rhythm) (אנ').^[40] תאים מרובי ריסונים מרפדים את דרכי הנשימה, שם הם מפנים בסחיפה ריר המכיל פסולת הרחק מהריאות.^[13] לכל תא באפיתל הנשימה יש כ-200 ריסונים תנועתיים.^[12]

במערכת הרבייה, התכווצויות שרירים חלקים מסייעות לפעימת הריסונים בהעברת תא הביצית מהשחלה לרחם.^[13][15] בחדרי המוח יש ריסונים אפנדימליים (אפנדימל הוא אפיתל של תאי עצב) במחזור נוזל המוח והשדרה.

תפקודם של ריסונים תנועתיים תלוי בשמירה על רמות אופטימליות של ריר הריסונים. תעלות נתרן אפיתל (ENaCs) מתבטאות באופן ספציפי לאורך הריסונים בדרכי הנשימה, וחצוצרה משמשת כנראה חיישן לוויסות הנוזל שסביב הריסון (נוזל פריסיליארי).^[13][41]

ריסונים תנועתיים ללא הצמד המרכזי של סינגלטים מכונים 9+0. סינגלט, להבדיל מדובלט, הוא צינורית בודדה. ריסונים תנועתיים ללא הצמד המרכזי של סינגלטים נמצאים בהתפתחות עוברית מוקדמת. הם ריסוני צמתים והם נמצאים על תאי הצמתים של הצומת הפרימיטיבי. תאי צמתים אחראים לאסימטריה שמאלית-ימנית בבעלי חיים דו-צדדיים.^[16] בהיעדר המנגנון המרכזי, קיימות זרועות דינאין המאפשרות לריסוני הצמתים לנוע בצורה מסתובבת. התנועה יוצרת זרימת נוזל חוץ-עוברי על פני שטח הצמתים בכיוון שמאל, שמתחילה את האסימטריה שמאל-ימין בעובר המתפתח.^[12][42]

ריסונים תנועתיים, מרובים, 9+0, נמצאים על תאי האפיתל של מקלעת הכורואיד בחדרי המוח. ריסונים יכולים לשנות מבנה כשהם בטמפרטורות חמות ולהפוך לחדים. הם נמצאים במספרים גדולים על כל תא ונעים לאט יחסית, מה שהופך אותם למתווכים בין ריסונים תנועתיים וראשוניים. בנוסף ל-9+0, ריסונים ניידים, יש 9+2 ריסונים בודדים שנשארים ללא תנועה ונמצאים בתאי שיער.^[39]

לתאי הצמתים יש צמר בודד הנקרא מונוריסון. הם נמצאים בהתפתחות המוקדמת מאוד של העובר על הצומת הפרימיטיבי. ישנם שני אזורים של הצומת עם סוגים שונים של ריסוני צמתים. על הצומת המרכזי יש ריסונים תנועתיים, ובאזור ההיקפי של הצומת ריסוני הצמתים הם תנועתיים.^[42]

הריסונים התנועתיים על התאים המרכזיים מסתובבים כדי ליצור זרימה שמאלה של נוזל חוץ-תאי הדרושה כדי להתחיל את האסימטריה השמאלית-ימנית.^[42]

הריסונים התנועתיים על תאי זרע ופרוטוזואים רבים מאפשרים שחייה דרך נוזלים ומכונים שוטונים.^[3] בליטות אלו זהות מבחינה מבנית לריסונים תנועתיים, ולכן ניסיונות לשמר את המינוח הזה כוללים הבחנה לפי מורפולוגיה (שוטונים בדרך כלל ארוכים יותר מריסונים רגילים ויש להם תנועה גלית שונה)^[4] ולפי מספר.^[43]

ריסוניות הן מיקרואורגניזמים איקריוטיים עם ריסונים תנועתיים בלבד והן משתמשות בהם לתנועה או להעביר נוזל על פני השטח שלהן. סנדלית מכוסה באלפי ריסונים המאפשרים לה שחייה. נמצא שריסונים תנועתיים אלה הם גם תחושתיים.^[44]

ריסונים נוצרים בתהליך של סיליוגנזיס (Ciliogenesis) (אנ'). שלב מוקדם הוא עגינה של הגוף הבזאלי בקרום הריסוני הגדל, ולאחר מכן נוצר אזור המעבר. אבני הבניין של האקסונמה (Axoneme, שלד תאי מבוסס מיקרו-צינוריות) של הריסונית, כגון טובולינים, מתווספות בקצות הריסון בתהליך שתלוי בחלקו בהובלה תוך-שוטונית (Intraflagellar transport - IFT).^[45][46] יוצאים מן הכלל כוללים יצירת זרע תסיסנית ויצירת שוטון הטפיל הפרוטוזואי פלסמודיום פלציפרום (Plasmodium falciparum), שבהן מתאספים ריסונים בציטופלזמה.^[47]

בסיס הריסון נצמד לגוף התא. בבסיס נמצא המרכז המארגן של המיקרוטובוליות (מיקרו-צינוריות), הגוף הבזאלי. חלק מחלבוני הגוף הבזאליים, בהם CEP164, ODF2^[48] ו-CEP170, נדרשים כדי שייווצרו ויתייצבו ריסונים.

ריסון הוא ננו-מכונה המורכבת מיותר מ-600 חלבונים בקומפלקסים מולקולריים, שרבים מהם פועלים גם באופן עצמאי כננו-מכונות. קישורים גמישים מאפשרים למתחמי החלבון הניידים המחוברים על ידם לגייס את שותפיהם המקשרים ולגרום לאלוסטריה (היקשרות) ארוכת טווח באמצעות דינמיקה של תחום החלבון.^[35]

הדינאין באקסונמה - דינאין אקסונמלי - יוצר גשרים בין זוגות מיקרוטובוליות שכנות. כאשר ATP מפעיל את התחום המוטורי של דינאין, הוא נע לאורך זוג המיקרוטובולות הסמוך. הזוג הסמוך היה נאלץ להחליק על פני זוג זה אלמלא נוכחותו של המבנה החלבוני נקסין בין זוגות המיקרוטובוליות. כך הכוח שנוצר על ידי דינאין הופך במקום זאת לתנועת כיפוף.^[49]

כמה ריסונים ראשוניים על תאי אפיתל באיקריוטים פועלים כאנטנות תאיות ומספקות תחושה כימית, תחושת חום וותחושה מכנית של הסביבה החוץ-תאית.^[50][10] לריסונים אלה תפקיד בתיווך סממני איתות ספציפיים, כולל גורמים מסיסים בסביבת התא החיצוני, תהליך הפרשה בו משתחרר חלבון מסיס כדי להשפיע על זרימת הנוזל, ותיווך של זרימת הנוזלים אם הריסונים הם תנועתיים.^[50]

חלק מתאי האפיתל הם בעלי ריסונים, והם קיימים בדרך כלל כיריעה של תאים מקוטבים היוצרים צינור או צינורית עם ריסונים בולטים לתוך הנהור. לריסונים תפקיד תחושה ואיתות מרכזי בשמירה על הסביבה התאית המקומית וייתכן שבגללה פגמי ריסונים גורמים למגוון כה רחב של מחלות אנושיות.^[31]

בעובר, ריסונים נודאליים משמשים לכוון את זרימת הנוזל החוץ-תאי. תנועה זו שמאלה יוצרת אסימטריה שמאל-ימין על פני קו האמצע של העובר. ריסונים מרכזיים מתאמים את פעימתם הסיבובית בעוד שהריסונים הבלתי תנועתיים בצדדים חשים את כיוון הזרימה.^[42][51][52] מחקרים בעכברים מצביעים על מנגנון ביו-פיזי שבאמצעותו הריסונים חשים את כיוון הזרימה.^[53]

בסינפסות חוץ-ריסוניות (axo-ciliary) יש תקשורת בין אקסונים סרוטונרגיים (מוליכי סרוטונין) לבין ריסונים ראשוניים של נוירונים פירמידליים מסוג CA1, תקשורת שמשנה את המצב האפיגנטי של הנוירון בגרעין. זו "דרך לשנות את מה שמתועתק או נוצר בגרעין" באמצעות איתות נבדל מזה שבממברנת הפלזמה, שהוא גם לטווח ארוך יותר.^[54][55]

פגמים ריסוניים יכולים להוביל למספר מחלות אנושיות.^[31][56] הם פוגעים במסלולי איתות קריטיים רבים שחיוניים להתפתחות העובר ולפיזיולוגיה של מבוגרים, ופגיעתם עשויה להסביר את האופי הרב-תסמיני לעיתים קרובות של סיליופאתיות - מחלות הקשורות בריסונים (ciliopathies) (אנ').^[30][31] בעיות ידועות מסוג זה הן דיסקינזיה ריסונית ראשונית, תסמונת בארדט-בידל, מחלת כליות פוליציסטית, נפרונופתיזיס (Nephronophthisis), תסמונת אלסטרום, תסמונת מקל-גרובר, תסמונת סנסנברנר וכמה צורות של ניוון רשתית.^[30][50] מוטציות גנטיות הפוגעות בתפקוד התקין של ריסונים עלולות לגרום להפרעות כרוניות כגון דיסקינזיה ריסונית ראשונית (PCD), נפרונופתיזיס ותסמונת סניור-לוקן (Senior-Loken). בנוסף, פגם של ריסון ראשוני בתאי אבובית הכליה יכול להוביל למחלת כליות פוליציסטית (PKD). בהפרעה גנטית אחרת, תסמונת בארדט-בידל (BBS), תוצרי הגנים המוטנטיים הם המרכיבים בגוף הבזאלי ובריסונים.^[30] פגמים בתאי ריסונים קשורים להשמנה ולעיתים קרובות בולטים בסוכרת מסוג 2. מספר מחקרים הראו פגיעה בסבילות לגלוקוז והפחתה בהפרשת האינסולין במודלים של סיליופתיות (הפרעות ריסוניות). יתרה מכך, מספרם ואורכם של הריסונים פחתו במודלים של סוכרת מסוג 2.^[57]

תעלות נתרן באפיתל (ENaC) המתבטאות לאורך הריסונים מווסתות את רמת הנוזל הריסוני (פריסיליארי). מוטציות המפחיתות את הפעילות של תעלות הנתרן באפיתל גורמות לפסאודו-היפואלדוסטרוניזם רב-מערכתי - (Pseudohypoaldosteronism) מצב המחקה היפואלדוסטרוניזם שהוא הפרעה אנדוקרינולוגית המאופיינת בירידה ברמות ההורמון אלדוסטרון. בעיה זו קשורה לבעיות פוריות.^[13] בסיסטיק פיברוזיס הנובעת ממוטציות בתעלת הכלוריד CFTR, פעילות מוגברת של תעלות הנתרן באפיתל מובילה להפחתה ברמת הנוזלים וזו גורמת לסיבוכים וזיהומים בדרכי הנשימה.^[41]

לשוטון הזרע האנושי יש אותו מבנה פנימי של ריסון, ולכן חוסר תפקוד ריסוני יכול להיות אחראי גם לאי פוריות הגבר.^[58]

קיים קשר של דיסקינזיה ריסונית ראשונית עם הפרעות אנטומיות של שמאל-ימין, למשל סיטוס אינברסוס (שילוב של ממצאים, תסמונת קרתגו, Kartagener syndrome), וסיטוס אמביגוס (situs ambiguus, הידועה גם כתסמונת הטרוטקסיה, Heterotaxy syndrome).^[59] הפרעות אנטומיות אלו של שמאל-ימין עלולות לגרום גם למום לב מולד.^[60] תפקוד ריסוני תקין אחראי לאסימטריה הרגילה של שמאל-ימין אצל יונקים.^[61]

התוצאות המגוונות שגורם אי תפקוד ריסוני עשויות לנבוע מאללים בעלי חוזק שונה הפוגעים בתפקוד הריסוני בדרכים שונות או בהיקפים שונים. הפרעות ריסוניות (ciliopathies) רבות עוברות בתורשה בצורה מנדליאנית, אך אינטראקציות גנטיות ספציפיות בין קומפלקסי ריסוניות פונקציונליות כגון אזורי מעבר ומתחמי BBS, יכולים לשנות את הביטויים הפנוטיפיים של הפרעות ריסוניות (ciliopathies) רצסיביות.^[62][63] מוטציות מסוימות בחלבוני אזור המעבר עלולות לגרום להפרעות כאלה.^[64]

הפחתת תפקוד הריסונים יכולה לנבוע גם מזיהום. מחקר על ביופילם הראה שחיידקים יכולים לשנות ריסונים. ביופילם הוא קהילה של חיידקים מאותם מינים או ממספר מינים של חיידקים. צביר התאים מפריש גורמים היוצרים מטריצה חוץ תאית. ריסונים במערכת הנשימה מסלקים ריר ופתוגנים מדרכי הנשימה. נמצא שלמטופלים עם זיהומים חיוביים לביופילם יש פגיעה בתפקוד הריסונים. הליקוי עשוי להופיע בתור ירידה בתנועה או בתור הפחתה במספר הריסונים. שינויים אלו נובעים ממקור חיצוני, אך עדיין משפיעים על הפתוגניות של החיידק, התקדמות הזיהום ואופן הטיפול בו.^[65]

ההובלה של תא הביצית הבלתי בשל ושל העובר לרחם לצורך היקלטות ברחם תלויה בשילוב של התכווצויות שרירים חלקים מווסתים והפעימה של הריסונים. תפקוד לקוי בהובלה זו עלול לגרום להיריון חוץ-רחמי שבו העובר מושתל בדרך כלל בחצוצרה לפני שהגיע לרחם. גורמים רבים יכולים להשפיע על שלב זה, כולל זיהום והורמוני מחזור הווסת. עישון (גורם לדלקת) וזיהום יכולים להפחית את מספר הריסונים, והפעימה, התנודה של הריסונים יכולה להיות מושפעת משינויים הורמונליים.^[15][66]

הלבלב הוא תערובת של תאים אקסוקריניים ואנדוקריניים מובחנים. ריסונים ראשוניים נמצאים בתאים אקסוקריניים שהם תאי צינור צנטרואצינריים.^[67][32] רקמה אנדוקרינית מורכבת מתאי הפרשת הורמונים. תאי בטא בלבלב מפרישים אינסולין ותאי אלפא מפרישים גלוקגון בעלי ריסונים רבים.^[68][69]

• מכונה מולקולרית
• מתחם בקיפול חלבון

• מדיה וקבצים בנושא ריסון בוויקישיתוף
• סיכום קצר של החשיבות של ריסונים לאיברים רבים בפיזיולוגיה של האדם
• על פרוטאום ריסוני באתר ג'ונס הופקינס
• The Flagellum Unspun - The Collapse of "Irreducible Complexity" - Kenneth R. Miller
• Cilia and Flagella, Molecular Expressions, מבית אוניברסיטת פלורידה