中國科學(xué)院水生生物研究所揭示單細(xì)胞原生動(dòng)物超快速運(yùn)動(dòng)的分子基礎(chǔ)
發(fā)布日期：2023-04-26 09:21:05 瀏覽次數(shù)：724
近日，中國科學(xué)院水生生物研究所繆煒研究員團(tuán)隊(duì)在單細(xì)胞原生動(dòng)物超快速運(yùn)動(dòng)的分子基礎(chǔ)的研究方面取得了重要進(jìn)展。該工作成果以“Giant proteins in a giant cell: molecular basis of ultrafast Ca2+-dependent cell contraction”為題在線發(fā)表在Science Advances。研究中所拍攝的收縮和伸展兩種狀態(tài)下的旋口蟲細(xì)胞照片被選為Science Advances雜志當(dāng)期的"Featured image"。中國科學(xué)院水生生物研究所張晶博士及研究生秦微微、胡澈、谷思雨為論文的共同第一作者，繆煒研究員、熊杰研究員為共同通訊作者。單細(xì)胞原生動(dòng)物在自然界中展現(xiàn)出令人驚嘆的運(yùn)動(dòng)能力，其中以旋口蟲和鐘蟲的超快速細(xì)胞收縮最為矚目。這些原生動(dòng)物細(xì)胞如此之快的收縮運(yùn)動(dòng)，早在列文虎克1677年所發(fā)表論文中第一組顯微鏡下的發(fā)現(xiàn)便已描述。此類細(xì)胞的超快速收縮依賴于鈣離子而不直接依賴于ATP，因此與ATP依賴的Actin-Myosin以及Microtubule-Dynein/Kinesin系統(tǒng)截然不同，代表了一類嶄新的分子動(dòng)力系統(tǒng)。長久以來，其分子基礎(chǔ)和機(jī)制仍不清楚。
旋口蟲是一種長度近1毫米的大型原生動(dòng)物纖毛蟲，其細(xì)胞可在5毫秒內(nèi)收縮四分之三的體長，實(shí)現(xiàn)超快速細(xì)胞收縮。如以體長為單位，這種細(xì)胞收縮幾乎是生物世界中最快速的運(yùn)動(dòng)形式之一。
中國科學(xué)院水生生物研究所繆煒研究員團(tuán)隊(duì)以旋口蟲為研究對象，在獲得高質(zhì)量旋口蟲基因組的基礎(chǔ)上，利用超分辨顯微成像和RNAi等關(guān)鍵技術(shù)，證明了旋口蟲細(xì)胞的超快速收縮系統(tǒng)的分子和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為兩個(gè)長度大于1萬個(gè)氨基酸的巨型蛋白（GSBP 1和2）和兩個(gè)鈣離子結(jié)合蛋白（Spasmin 1和2）形成的網(wǎng)狀細(xì)胞骨架。這一網(wǎng)狀骨架通過與微管組成的細(xì)胞骨架、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)耦合，非常好的滿足了超快速細(xì)胞收縮系統(tǒng)所需具備的生物和物理?xiàng)l件。
巨型蛋白和鈣離子結(jié)合蛋白形成的網(wǎng)狀收縮骨架及其與微管骨架的耦合
本研究一方面為后續(xù)深入探索超快速細(xì)胞收縮系統(tǒng)的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)；另一方面，為利用合成生物學(xué)手段構(gòu)建相應(yīng)的分子機(jī)器/細(xì)胞骨架提供了設(shè)計(jì)藍(lán)圖。組學(xué)方法與細(xì)胞、遺傳和分子生物學(xué)等手段的聯(lián)合，為深入開展非模式原生動(dòng)物的研究提供了參考方案。
收縮（左）和伸展（右）狀態(tài)下的旋口蟲細(xì)胞（Featured image, https://www.science.org/journal/sciadv）
該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金的資助，以及水生所分析測試中心、中國科學(xué)院超級計(jì)算武漢分中心和國家水生生物種質(zhì)資源庫的支持。
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6550
