Science:扁蟲藐視生物學規則——渦蟲再生 無中心體。

2021-01-14 生物谷

(淡水扁蟲:渦蟲,生活在歐洲南部和北非,是迄今發現的第一個沒有中心體的動物。)

 2012年1月5日,據《每日科學》報導,在《科學》期刊上,加州大學舊金山分校(UCSF)和密蘇裡州堪薩斯城斯託瓦斯醫學研究院的研究人員報導稱已經發現蠕蟲缺乏一個關鍵的細胞結構,即所謂的"中心體",科學家們一直認為其對於細胞分裂至關重要。

每種被研究的動物,從最高級的哺乳動物最低級的昆蟲,其細胞內都有中心體。

"這是首次發現一種生物沒有中心體,"Wallace Marshall博士說,加州大學舊金山分校生物化學與生物物理學副教授,領導了這項研究。

"扁蟲缺乏中心體的事實讓我們不僅開始質疑其目的,Marshall補充道。 "很顯然,我們不得不重新思考中心體的作用,"他說。

均等分裂的必要性:

所有多細胞生命體的一個核心組成部分就是細胞分裂的能力--以及均等分裂。在細胞分裂前,細胞已經組裝完成2份精確的DNA副本,然後確保在細胞夾斷時每組DNA均等地分配到2個獨立的部分中。許多健康問題起因於細胞失去了這種能力。

癌症的一個標誌,例如,涉及細胞分裂的異常。腫瘤細胞常常複製出額外的DNA片段。某些類型的兒童智力低下其標誌也是細胞的異常分裂,引起一些大的DNA片段的丟失,最終導致某些大腦結構發育問題。

中心體一直被視為在動物的最終進化中用於修復這個問題。植物和真菌沒有中心體,但只要是動物,其細胞內就有中心體。這些結構被認為在細胞分裂中扮演一個核心的作用--奠定了類似軌道的主軸,細胞將其DNA在該位置進行排序。中心體被認為對於細胞分裂非常重要,所以一直認為所有動物的動物都含有中心體。

突然發現一種動物沒有中心體,這確實讓人非常意外。

由於對中心體的基礎機制感興趣,Marshall 和加州大學舊金山分校的博士後研究員Juliette Azimzadeh博士,與霍華德休斯醫學研究所及斯託瓦斯研究所的研究員Alejandro Sánchez Alvarado博士組成了一直隊伍。Alejandro Sánchez Alvarado博士對一種叫渦蟲的扁形蟲進行了幾年的研究。

蠕蟲再生,無中心體。

一個迷人的名字掩蓋了一個原本不起眼的外觀,這種蠕蟲是水坑中的搖擺舞者,最多只有幾毫米長。但其驚人的再生能力使得渦蟲激起了科學界的好奇心。當將渦蟲切成一些小片,每片都能在幾天之內成長為一個完全正常的個體。每個後代還可以一遍又一遍的繼續分段--這就是蠕蟲的繁殖方式。

Azimzadeh、Marshall 和Sánchez Alvarado設想的初衷是為了看看當渦蟲失去中心體後,會發生什麼。

他們一起操控敲除了扁形蟲中中心體組裝所必需的基因。沒有中心體,渦蟲將不能喪失它們正常再生的能力--他們這樣認為。

他們驚奇地發現,失去這些結構完全沒有影響渦蟲的再生能力。然後,他們進一步地仔細觀察,結果發現,渦蟲中壓根就不存在中心體。

"這個發現對於我們所有人來說都是一個驚喜,"Sánchez Alvarado說。這意味著什麼呢,他說,意味著在幾乎所有動物中一直維持這些結構的進化壓力可能與細胞分裂本身沒有多少關係。

"中心體可能有仍未知的另一項功能,"他說。

這篇文章,《渦蟲進化中的中心體丟失》,由Juliette Azimzadeh、Mei Lie Wong、Diane Miller Downhour、Alejandro Sánchez Alvarado和Wallace F. Marshall合著,發表在2012年1月5日的《科學快訊》(Science Express)上。

除了加州大學舊金山分校和斯託瓦斯研究所,這篇文章的作者還隸屬於鹽湖城猶他大學醫學院。

這項工作,部分由霍華德休斯醫學研究所、WM凱克基金會及國家普通醫學科學研究所支持。

加州大學舊金山分校是一所一流的大學,致力於通過先進的生物醫學研究、生命科學及衛生專業高水平的研究生教育、卓越的病人護理,推進全世界的健康事業。(生物谷bioon.com)

Centrosome Loss in the Evolution of Planarians

Juliette Azimzadeh, Mei Lie Wong, Diane Miller Downhour, Alejandro Sánchez Alvarado, Wallace F. Marshall.

ABSTRACT: The centrosome, a cytoplasmic organelle formed by cylinder-shaped centrioles surrounded by a microtubule-organizing matrix, is a hallmark of animal cells. The centrosome is conserved and essential for the development of all animal species described so far. Here, we show that planarians, and possibly other flatworms, lack centrosomes. In planarians, centrioles are only assembled in terminally differentiating ciliated cells through the acentriolar pathway to trigger the assembly of cilia. We identified a large set of conserved proteins required for centriole assembly in animals, and note centrosome protein families that are missing from the planarian genome. Our study uncovers the molecular architecture and evolution of the animal centrosome and emphasizes the plasticity of animal cell biology and development.

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