研究揭示了单细胞生物如何自我修复

瑞典乌普萨拉大学的一个研究小组在本周发表在“当代生物学”上的一项新研究报告中，对用于再生生物学的单细胞模型生物Stentor的再生能力进行了新的见解。该研究使用了新的基因表达方法，使研究人员能够识别出与个体支架细胞再生过程有关的1000多个基因。

一些动物，如蝾螈蝾螈，可以在涉及新细胞生成的过程中重新生长新的身体部位。受损的细胞将死亡，肢体将通过细胞分裂再生，从而产生新的组织。然而，单细胞生物不能利用这种策略，因为它们仅包含单个细胞 - 因此在显着损伤时，它们通常死亡。然而，一些单细胞生物，如巨型纤毛虫Stentor，在自我再生过程中受损时具有罕见的自我修复能力。尽管Stentor自我再生的能力已经知道了一段时间，但尚不清楚哪些基因在这个过程中发挥作用。现在，乌普萨拉大学的一个研究小组已经确定了1000多个基因，这些基因正在重建一个完全成熟的Stentor细胞，分成两半。

乌普萨拉研究小组将他们的研究重点放在了Stentor polymorphus上，这是一种从实验室附近的池塘中分离出来的喇叭状纤毛虫。

“Stentor细胞巨大，长度可超过1毫米，这样就可以在不使用显微镜的情况下用肉眼观察单个细胞，”乌普萨拉大学细胞与分子生物学系博士生Henning Onsbring说。谁是这项研究的主要作者。“当你想分析细胞水平的再生能力时，大尺寸使得Stentor适合研究。”

Stentor细胞具有独特的形状，一侧有口腔部分可食用细菌，另一侧有一条附着在颗粒上的尾巴。以前的研究表明，如果将Stentor细胞切成两半，每个细胞片段将再生成具有口和尾的完整功能细胞。这意味着一半需要再生一口，而另一半需要再生一条尾巴。使用一种新方法，乌普萨拉研究人员能够确定哪些Stentor基因参与再生新口，以及哪些基因负责构建新尾巴。

“我们使用的方法涉及单个细胞碎片中RNA分子的测序和定量，这是以前从未做过的事情，”乌普萨拉大学细胞与分子生物学系副教授Thijs Ettema博士说。。“通常，此类方法仅针对可获得基因组序列的模式生物体进行。但对于Stentor polymorphus则不然。我们需要调整现有方案并测试是否可以使用这些方法来研究再生Stentor中的基因表达变化细胞碎片。“

使用新开发的方案，Onsbring发现，与细胞尾部相比，更多的基因参与口腔部分的再生。“细胞的口腔部分用于喂养，代表了相当大而复杂的结构。我们的结果表明，重建这种口腔结构所涉及的基因大约是细胞尾部再生的十倍，”Onsbring说。“我们还确认了以前显微镜研究的观察结果，这些研究表明细胞再生与细胞分裂过程有相似之处。我们发现，先前与细胞分裂有关的几个基因在再生的不同阶段也被上调。”

最后，乌普萨拉研究小组还发现了一组信号蛋白，称为蛋白激酶，参与支架细胞的细胞再生。“先前的一项研究最近报道了Stentor基因组编码了许多这些蛋白激酶基因。然而，这一扩展的基因组的功能仍然不清楚。如果有的话，我们现在表明许多这些蛋白激酶在特定阶段表达。可能，这组信号基因的扩展代表了自我修复能力出现的重要进化步骤，“Ettema总结道。

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