一项新研究破译了世界上最快的细胞运动之一

太阳虫这类的异足动物对它们的运动性很重要。然而，其腋肌收缩的潜在机制仍不明确。最近，研究人员报告说，微管在多个部位同时被切割，这使得虫几乎瞬间消失。他们现在已经确定了参与这种微管破坏的基因集和蛋白质。这项研究可以帮助开发一种检测水污染的方法，并评估新的抗癌药物的疗效。

　　

一组常见于淡水、微咸水和海水中的真核生物名曰Raphidocystis contractilis，属太阳虫目（Heliozoa）。这类生物有手指状的臂——axopodia——从它们的身体向外辐射，使它们具有类似太阳的外观。因此，它们被称为“太阳虫”。每个轴足都是由蛋白质组成的，微管蛋白异质二聚体，形成称为微管的细丝。在外界刺激下，R. contracactilis可以极快地收回其轴足。然而，这种快速缩短的机制仍然是一个谜。

为此，包括日本冈山大学Motonori Ando教授、Risa Ikeda博士(均来自细胞生理学实验室)和Mayuko Hamada副教授(来自Ushimado海洋研究所)在内的一组研究人员探索了生物世界中最快的细胞运动之一的机制。

那么，研究是从哪里开始的呢?

作者通过免疫标记微管蛋白开始了他们的研究，并观察其在轴足收缩前后的运动。他们发现，在缩短前，微管沿着轴足的长度系统地排列，但在轴足收缩后，这些微管迅速聚集在细胞表面，在快速的轴足退缩过程中，微管立即分解成微管蛋白。然而，微管降解通常不是一个快速的现象;它本应进展得相当缓慢。

那么，R. contracactilis是如何如此迅速地实现这种变化的呢?

研究人员假设，如果微管同时在多个位点分裂，这是可能的。为了验证他们的假设，作者开始寻找在R. contracactilis微管的瞬间断裂中涉及的蛋白质和基因。他们的研究结果于2022年11月21日在线发表在《Journal of Eukaryotic Microbiology》上。

研究人员进行了从头转录组测序(对细胞中特定时间表达的基因进行分析)，并在收缩R. contractilis中鉴定出近32000个基因。这组基因与原生动物(单细胞生物)最相似，其次是后生动物(细胞分化良好的多细胞生物;这包括人类和其他动物)。

同源性和系统发育分析所获得的基因集揭示了几个基因(及其对应的蛋白质)参与微管破坏。其中，最重要的是Katanin p60、运动蛋白和钙信号蛋白。Katanin p60参与控制长短。发现了几个重复的驱动蛋白基因。在已鉴定的肌动蛋白中，肌动蛋白-13是一种主要的微管不稳定蛋白，在轴足的快速收缩中起着重要作用。钙信号基因调节钙离子从周围环境进入细胞，并诱导胞外退缩。

研究人员还注意到缺乏与鞭毛形成和运动有关的基因，这表明R. contractilis的轴足并不是由鞭毛进化而来的。虽然许多基因仍未分类，但新建立的基因集将为未来旨在了运动的研究提供参考。

太阳虫可以作为一个敏感的传感器。它们可以检测到环境中的微小变化，例如重金属离子和抗癌药物的存在。在谈到他们对未来的展望时，作者分享道:“我们相信，太阳虫的axopodial反应可以作为开发环境和自来水污染临时检测和监测设备的指标。它也可以作为一种新型生物测定系统，用于新型抗癌药物的初步筛选。未来，我们计划继续作为一个团队合作，加强对这些生物的基础和应用研究。”

Risa Ikeda, Tosuke Sakagami, Mayuko Hamada, Tatsuya Sakamoto, Toshimitsu Hatabu, Noboru Saito, Motonori Ando. De novo transcriptome analysis of the centrohelid Raphidocystis contractilis to identify genes involved in microtubule‐based motility. Journal of Eukaryotic Microbiology, 2022