研究揭示了單細胞生物如何自我修復(fù)

瑞典烏普薩拉大學(xué)的一個研究小組在本周發(fā)表在“當(dāng)代生物學(xué)”上的一項新研究報告中，對用于再生生物學(xué)的單細胞模型生物Stentor的再生能力進行了新的見解。該研究使用了新的基因表達方法，使研究人員能夠識別出與個體支架細胞再生過程有關(guān)的1000多個基因。

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

烏普薩拉研究小組將他們的研究重點放在了Stentor polymorphus上，這是一種從實驗室附近的池塘中分離出來的喇叭狀纖毛蟲。

“Stentor細胞巨大，長度可超過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細胞，”烏普薩拉大學(xué)細胞與分子生物學(xué)系博士生Henning Onsbring說。誰是這項研究的主要作者。“當(dāng)你想分析細胞水平的再生能力時，大尺寸使得Stentor適合研究。”

Stentor細胞具有獨特的形狀，一側(cè)有口腔部分可食用細菌，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細胞切成兩半，每個細胞片段將再生成具有口和尾的完整功能細胞。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，以及哪些基因負責(zé)構(gòu)建新尾巴。

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

使用新開發(fā)的方案，Onsbring發(fā)現(xiàn)，與細胞尾部相比，更多的基因參與口腔部分的再生。“細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胞尾部再生的十倍，”Onsbring說。“我們還確認了以前顯微鏡研究的觀察結(jié)果，這些研究表明細胞再生與細胞分裂過程有相似之處。我們發(fā)現(xiàn)，先前與細胞分裂有關(guān)的幾個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)了一組信號蛋白，稱為蛋白激酶，參與支架細胞的細胞再生。“先前的一項研究最近報道了Stentor基因組編碼了許多這些蛋白激酶基因。然而，這一擴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?？赡?，這組信號基因的擴展代表了自我修復(fù)能力出現(xiàn)的重要進化步驟，“Ettema總結(jié)道。

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