研究揭示了單細(xì)胞生物如何自我修復(fù)

瑞典烏普薩拉大學(xué)的一個(gè)研究小組在本周發(fā)表在“當(dāng)代生物學(xué)”上的一項(xiàng)新研究報(bào)告中，對(duì)用于再生生物學(xué)的單細(xì)胞模型生物Stentor的再生能力進(jìn)行了新的見(jiàn)解。該研究使用了新的基因表達(dá)方法，使研究人員能夠識(shí)別出與個(gè)體支架細(xì)胞再生過(guò)程有關(guān)的1000多個(gè)基因。

一些動(dòng)物，如蠑螈蠑螈，可以在涉及新細(xì)胞生成的過(guò)程中重新生長(zhǎng)新的身體部位。受損的細(xì)胞將死亡，肢體將通過(guò)細(xì)胞分裂再生，從而產(chǎn)生新的組織。然而，單細(xì)胞生物不能利用這種策略，因?yàn)樗鼈儍H包含單個(gè)細(xì)胞 - 因此在顯著損傷時(shí)，它們通常死亡。然而，一些單細(xì)胞生物，如巨型纖毛蟲(chóng)Stentor，在自我再生過(guò)程中受損時(shí)具有罕見(jiàn)的自我修復(fù)能力。盡管Stentor自我再生的能力已經(jīng)知道了一段時(shí)間，但尚不清楚哪些基因在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮作用?，F(xiàn)在，烏普薩拉大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)確定了1000多個(gè)基因，這些基因正在重建一個(gè)完全成熟的Stentor細(xì)胞，分成兩半。

烏普薩拉研究小組將他們的研究重點(diǎn)放在了Stentor polymorphus上，這是一種從實(shí)驗(yàn)室附近的池塘中分離出來(lái)的喇叭狀纖毛蟲(chóng)。

“Stentor細(xì)胞巨大，長(zhǎng)度可超過(guò)1毫米，這樣就可以在不使用顯微鏡的情況下用肉眼觀察單個(gè)細(xì)胞，”烏普薩拉大學(xué)細(xì)胞與分子生物學(xué)系博士生Henning Onsbring說(shuō)。誰(shuí)是這項(xiàng)研究的主要作者。“當(dāng)你想分析細(xì)胞水平的再生能力時(shí)，大尺寸使得Stentor適合研究。”

Stentor細(xì)胞具有獨(dú)特的形狀，一側(cè)有口腔部分可食用細(xì)菌，另一側(cè)有一條附著在顆粒上的尾巴。以前的研究表明，如果將Stentor細(xì)胞切成兩半，每個(gè)細(xì)胞片段將再生成具有口和尾的完整功能細(xì)胞。這意味著一半需要再生一口，而另一半需要再生一條尾巴。使用一種新方法，烏普薩拉研究人員能夠確定哪些Stentor基因參與再生新口，以及哪些基因負(fù)責(zé)構(gòu)建新尾巴。

“我們使用的方法涉及單個(gè)細(xì)胞碎片中RNA分子的測(cè)序和定量，這是以前從未做過(guò)的事情，”烏普薩拉大學(xué)細(xì)胞與分子生物學(xué)系副教授Thijs Ettema博士說(shuō)。。“通常，此類(lèi)方法僅針對(duì)可獲得基因組序列的模式生物體進(jìn)行。但對(duì)于Stentor polymorphus則不然。我們需要調(diào)整現(xiàn)有方案并測(cè)試是否可以使用這些方法來(lái)研究再生Stentor中的基因表達(dá)變化細(xì)胞碎片。“

使用新開(kāi)發(fā)的方案，Onsbring發(fā)現(xiàn)，與細(xì)胞尾部相比，更多的基因參與口腔部分的再生。“細(xì)胞的口腔部分用于喂養(yǎng)，代表了相當(dāng)大而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。我們的結(jié)果表明，重建這種口腔結(jié)構(gòu)所涉及的基因大約是細(xì)胞尾部再生的十倍，”Onsbring說(shuō)。“我們還確認(rèn)了以前顯微鏡研究的觀察結(jié)果，這些研究表明細(xì)胞再生與細(xì)胞分裂過(guò)程有相似之處。我們發(fā)現(xiàn)，先前與細(xì)胞分裂有關(guān)的幾個(gè)基因在再生的不同階段也被上調(diào)。”

最后，烏普薩拉研究小組還發(fā)現(xiàn)了一組信號(hào)蛋白，稱(chēng)為蛋白激酶，參與支架細(xì)胞的細(xì)胞再生。“先前的一項(xiàng)研究最近報(bào)道了Stentor基因組編碼了許多這些蛋白激酶基因。然而，這一擴(kuò)展的基因組的功能仍然不清楚。如果有的話，我們現(xiàn)在表明許多這些蛋白激酶在特定階段表達(dá)。可能，這組信號(hào)基因的擴(kuò)展代表了自我修復(fù)能力出現(xiàn)的重要進(jìn)化步驟，“Ettema總結(jié)道。

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