新研究破译了世界上最快的细胞运动之一

Raphidocystis contractilis属于 Heliozoa，这是一组常见于淡水、咸水和海水中的真核生物。这个群体的生物有手指状的手臂——轴足——从它们的身体向外辐射，使它们看起来像太阳。因此，它们也被称为“太阳虫”。每个轴足都由蛋白质、α-β微管蛋白异二聚体组成，它们形成称为微管的细丝。R. contractilis可以响应外部刺激极快地缩回其轴足。然而，这种手臂快速缩短的机制仍然是个谜。

为此，日本冈山大学的 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(来自牛门海洋研究所)等研究团队探索生命世界中最快的细胞运动之一。

那么，这一切是从哪里开始的呢?分享他们研究背后的动机，安藤教授说：“最近，在冈山县的各种水圈中发现了各种各样的日光动物，这清楚地表明几种太阳虫栖息在同一环境中。我们正试图解开围绕这些原生动物的谜团，并逐渐扩大我们的知识视野。”

作者通过对微管蛋白进行免疫标记并观察其在轴足收缩前后的运动来开始他们的研究。他们发现，在缩短之前，微管蛋白沿着轴足的长度系统地排列，但在轴足退缩后，微管蛋白迅速聚集在细胞表面。这使他们相信，在快速的轴足退缩过程中，微管立即分解为微管蛋白。然而，微管降解通常不是一个快速的现象;它的进展相当缓慢。

那么，R. contractilis是如何快速实现这种变化的呢?

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，作者着手寻找参与R. contractilis 微管即时切割的蛋白质和基因。他们的发现于 2022 年 11 月 21 日在线发表在真核微生物学杂志上。

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R. contractilis中鉴定出近 32,000 个基因。该基因组与原生动物(单细胞生物)中发现的基因组最相似，其次是后生动物(具有分化良好的细胞的多细胞生物;这包括人类和其他动物)。

获得的基因组的同源性和系统发育分析揭示了几个参与微管破坏的基因(及其相应的蛋白质)。其中，最重要的是 katanin p60、驱动蛋白和钙信号蛋白。Katanin p60 参与控制轴足臂的长度。发现了几个重复的驱动蛋白基因。在已鉴定的驱动蛋白中，kinesin-13 是一种主要的微管不稳定蛋白，被发现在轴足的快速收缩中发挥重要作用。钙信号基因调节钙离子从周围环境进入细胞并诱导轴足退缩。

研究人员还注意到缺乏与鞭毛形成和运动相关的基因，表明R. contractilis的轴足不是从鞭毛进化而来的。尽管许多基因仍未分类，但新建立的基因组将作为未来研究的参考，旨在了解R. contractilis 的轴足运动。

Heliozoan axopodia 可以作为一个灵敏的传感器。他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愿景时，安藤教授分享道：“我们相信日光动物的轴足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。也可作为新型生物测定系统用于新型抗癌药物的初筛。未来，我们计划继续作为一个团队共同努力，加强对这些生物的基础和应用研究。”

日光动物再次证明，单个细胞具有改变世界的巨大潜力。我们祝愿作者成功地将他们的愿景变为现实!

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