睡眠中の歯が生える。線虫の脱皮期における咽頭筋とキューティキュラーグラインダーの超構造解析

Teething during sleep: Ultrastructural analysis of pharyngeal muscle and cuticular grinder during the molt in Caenorhabditis elegans.

• Alessandro P Sparacio
• Nicholas F Trojanowski
• Karen Snetselaar
• Matthew D Nelson
• David M Raizen

抄録

複雑な細胞外構造は系統全体に存在するが、その形成と溶解のダイナミクスはしばしば不透明である。その一例が、線虫Caenorhabditis elegansの咽頭グラインダーであり、摂食中にバクテリアを破裂させる細胞外構造である。線虫の咽頭グラインダーは、幼虫の移行期（レザルグスと呼ばれる）の間に、より大きなサイズのものに交換されます。ここでは、第4期幼虫期（L4）から成虫期への移行期において、幼虫のグラインダーの解体と成虫のグラインダーの構築を超微細構造レベルで明らかにした。L4 lethargusの初期には、咽頭筋細胞は、明確で緻密なコア小胞の出現とサルコメア組織の混乱によって証明されるように、収縮性細胞から分泌細胞へのトランス分化を行います。これは、L4グラインダーの溶解と成体グラインダーの形成と成熟によって、数分以内に、続いています。初期成体グラインダーの構成要素は、基底に堆積し、溶解幼虫グラインダーから目に見える先端層によって分離されています。完全なグラインダーは、5つの層からなるラメラ化した細胞外マトリックスである。グラインダー形成後、咽頭筋細胞は超微細な収縮特性を回復し、筋収縮が再開する。我々の発見は、複雑な細胞外構造がどのようにして組み合わされ、分解されるのかについての我々の理解を深めるものである。

Complex extracellular structures exist throughout phylogeny, but the dynamics of their formation and dissolution are often opaque. One example is the pharyngeal grinder of the nematode Caenorhabditis elegans, an extracellular structure that ruptures bacteria during feeding. During each larval transition stage, called lethargus, the grinder is replaced with one of a larger size. Here, we characterize at the ultrastructural level the deconstruction of the larval grinder and the construction of the adult grinder during the fourth larval stage (L4)-to-adult transition. Early in L4 lethargus, pharyngeal muscle cells trans-differentiate from contractile to secretory cells, as evidenced by the appearance of clear and dense core vesicles and disruptions in sarcomere organization. This is followed, within minutes, by the dissolution of the L4 grinder and the formation and maturation of the adult grinder. Components of the nascent adult grinder are deposited basally, and are separated from the dissolving larval grinder by a visible apical layer. The complete grinder is a lamellated extracellular matrix comprised of five layers. Following grinder formation, pharyngeal muscle cells regain ultrastructural contractile properties, and muscle contractions resume. Our findings add to our understanding of how complex extracellular structures assemble and dissemble.