每日速看!科学家解码生物界最快的细胞运动之一

每日速看!科学家解码生物界最快的细胞运动之一 - 太阳虫的指状臂

来源：cnBeta 　2023-02-13 09:34:06

Raphidocystis contractilis是螺旋藻类的一种真核生物，在淡水、咸水和海水中发现。这些生物体被称为"太阳虫"，因为它们有辐射状的指状臂，或称轴突，使它们具有太阳般的外观。R. contractilis的轴突是由α-β管蛋白异构体组成的，它形成微管。尽管它有能力快速缩回手臂以应对刺激，但这种快速缩短手臂的机制是一个谜。

螺旋藻类的太阳虫在遇到外部刺激后几毫秒内就会撤回其轴突。来自日本冈山大学的研究人员报告说，微管动力学是这种瞬间缩短手臂的关键。资料来源：冈山大学Motonori Ando

为此，一个研究小组，包括日本冈山大学的安藤元典教授、池田理沙博士（均来自细胞生理学实验室）和滨田真由子副教授（来自牛岛海洋研究所），探索了涉及生物世界中最快细胞运动之一的机制。

(资料图片仅供参考)

那么，这一切从何而来？安藤教授分享了他们研究背后的动机，他说："最近，在冈山县的各种水体中发现了各种各样的太阳虫，这清楚地表明，有几种太阳虫居住在同一环境中。我们正试图揭开围绕这些原生动物的神秘面纱，逐步扩大我们的知识视野"。

作者通过免疫标记管蛋白并观察其在轴节收缩前后的运动开始了他们的调查。他们发现，在缩短之前，管蛋白沿着轴突的长度系统地排列，但在轴突退出后，这些管蛋白迅速地在细胞表面聚集。这使他们相信，在轴突快速撤离期间，微管瞬间分解成了管蛋白。然而，微管的降解通常不是一个快速的现象；它的进展相当缓慢。

那么，R. contractilis如何能如此迅速地实现这一变化呢？

研究人员假设，如果微管在多个部位同时分裂，为了验证他们的假设，作者开始寻找参与收缩菌瞬间裂解微管的蛋白质和基因。他们的发现最近发表在《真核微生物学杂志》上。

研究人员进行了从头开始的转录组测序（分析细胞中某一特定时间表达的基因），并在R. contractilis中确定了近32000个基因。这个基因组与原生动物（单细胞生物）中的基因组最为相似，其次是后生动物（具有良好分化细胞的多细胞生物；这包括人类和其他动物）。

对所获得的基因组进行同源性和系统性分析，发现有几个基因（和它们相应的蛋白质）参与了微管的行动。其中，最重要的是Katanin p60、驱动蛋白和钙信号蛋白。Katanin p60参与控制轴臂的长度。发现了几个重复的驱动蛋白基因。在已鉴定的驱动蛋白中，发现驱动蛋白-13，一种主要的微管不稳定蛋白，在轴突的快速收缩中起重要作用。钙信号基因调节钙离子从其周围进入细胞以及诱导轴突的退出。

研究人员还注意到缺乏与鞭毛形成和运动有关的基因，表明R. contractilis的轴突不是从鞭毛进化而来的。尽管许多基因仍未分类，但新建立的基因组将作为未来研究的参考，旨在了解R. contractilis的轴突运动。

螺旋藻类的轴突可以作为一种敏感的传感器。它们可以检测到其环境中的微小变化，例如重金属离子和抗癌药物的存在。在讨论他们对未来的展望时，安藤教授分享道："我们相信，螺旋藻的轴突反应可以作为一个指标，用于开发环境和自来水污染的临时检测和监测装置。它还可以作为一种新型的生物测定系统，用于新型抗癌药物的初筛。未来，我们计划继续作为一个团队进行合作，加强对这些生物的基础和应用研究"。

螺旋藻类再次证明，一个单细胞具有改变世界的巨大潜力。我们祝愿作者成功地将他们的愿景变为现实！"。

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