ABSTRACT Primary cilia are specialized cell-surface organelles that mediate sensory perception and, in contrast to motile cilia and flagella, are thought to lack motility function. Here we show that primary cilia in pancreatic beta cells exhibit movement that is required for glucose-dependent insulin secretion. Beta cell cilia contain motor proteins conserved from those found in classic motile cilia, and their 3D motion is dynein-driven and dependent on ATP and glucose metabolism. Inhibition of cilia motion blocks beta cell calcium influx and insulin secretion. Beta cells from humans with type 2 diabetes have altered expression of cilia motility genes. Our findings redefine primary cilia as dynamic structures possessing both sensory and motile function and establish that pancreatic beta cell cilia movement plays a critical role in controlling insulin secretion.

Summary Hydrodynamic flow produced by multi-ciliated cells is critical for fluid circulation and cell motility. Hundreds of cilia beat with metachronal synchrony for fluid flow. Cilia-driven fluid flow produces extracellular hydrodynamic forces that cause neighboring cilia to beat in a synchronized manner. However, hydrodynamic coupling between neighboring cilia is not the sole mechanism that drives cilia synchrony. Cilia are nucleated by basal bodies (BBs) that link to each other and to the cell’s cortex via BB-associated appendages. The intracellular BB and cortical network is hypothesized to synchronize ciliary beating by transmitting cilia coordination cues. The extent of intracellular ciliary connections and the nature of these stimuli remain unclear. Moreover, how BB connections influence the dynamics of individual cilia has not been established. We show by FIB-SEM imaging that cilia are coupled both longitudinally and laterally in the ciliate Tetrahymena thermophila by the underlying BB and cortical cytoskeletal network. To visualize the behavior of individual cilia in live, immobilized Tetrahymena cells, we developed D elivered Iron P article U biety L ive L ight-(DIPULL) microscopy. Quantitative and computer analyses of ciliary dynamics reveal that BB connections control ciliary waveform and coordinate ciliary beating. Loss of BB connections reduces cilia-dependent fluid flow forces. Summary Soh et al investigate whether intracellular connections between basal bodies control ciliary behavior in multi-ciliated cells. Using a Tetrahymena live cell immobilization technique to quantify ciliary dynamics, they show that inter-BB connections are required for effective ciliary waveform and coordinated ciliary beating that promotes fluid flow.