原生動物類中間纖維系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

胡鵬月

(哈爾濱師范大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150000)

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原生動物類中間纖維系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

胡鵬月

(哈爾濱師范大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150000)

摘要：闡述了原生動物類中間纖維結(jié)構(gòu)的功能，這一體系結(jié)構(gòu)對生命活動起到的作用和對高等動物細(xì)胞的中間纖維結(jié)構(gòu)研究提供的參考和借鑒意義。從三方面論述了在生化去膜技術(shù)在掃描電鏡下，分級抽提和DGD包埋去包埋技術(shù)透射電鏡及免疫學(xué)方法及熒光顯微鏡下幾種原生動物類中間纖維結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，分析了原生動物在類中間纖維結(jié)構(gòu)研究中存在的種種問題，并且對其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：原生動物；類中間纖維系統(tǒng)；透射電鏡；掃描電鏡；免疫熒光

引言

高等真核細(xì)胞中存在的中間纖維(intermediate filament，IF)結(jié)構(gòu)，多以不分枝的長纖維形式存在，在細(xì)胞中主要以剛性支架作用形式存在，這一纖維體系對細(xì)胞生命活動起到多方面的重要作用。經(jīng)前人實驗研究證明此結(jié)構(gòu)也存在于原生動物中，原生動物是一類最原始的單細(xì)胞生物，因此，原生動物學(xué)中是否存在類中間纖維結(jié)構(gòu)的研究也為高等動物學(xué)研究提供了重要的參考和借鑒。原生動物中含有的類中間纖維結(jié)構(gòu)體系是由直徑約10納米的單根纖維或單根纖維結(jié)合在一起的纖維束形成的結(jié)構(gòu)上互相聯(lián)系的三維網(wǎng)絡(luò)體系。在原生動物中類中間纖維的功能與高等動物細(xì)胞的中間纖維相比，應(yīng)有大體相似的作用，但也有一些不同，總結(jié)可能具有三個功能：a以細(xì)胞支架的形式存在、可以維持細(xì)胞的形態(tài)、能夠穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)各種膜的結(jié)構(gòu)；b不僅能夠為細(xì)胞的其他組分提供附著面，還可能參與細(xì)胞內(nèi)外信息的傳遞；c可能參與了細(xì)胞內(nèi)染色體DNA的復(fù)制、功能的構(gòu)建以及基因的表達(dá)與調(diào)控[1-4]。目前由于研究的原生動物有限，對于類中間纖維體系是否普遍存在于所有纖毛蟲這個問題依然是有待證實的問題，也是值得去深入探討的。

1用生化去膜技術(shù)在掃描電鏡下顯示的類中間纖維結(jié)構(gòu)

Grim等應(yīng)用非離子去垢劑抽提提取細(xì)胞骨架技術(shù)與掃描電鏡技術(shù)結(jié)合的方式觀察到了游仆蟲的表膜下纖維層結(jié)構(gòu)，將纖毛蟲皮層細(xì)胞骨架的形態(tài)觀察從二維水平發(fā)展到三維水平[5]。

朱慧等利用Zou等人(1990)報告的適當(dāng)改變了處理時間去抽提皮層細(xì)胞骨架。進(jìn)一步顯示了短時間抽提小游仆蟲(Eupltes gracilis)后，保留了游仆蟲背、腹面完整的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，呈不規(guī)則的五角或六角形，相鄰網(wǎng)格間的纖維物質(zhì)是彼此共用的。其作用應(yīng)是對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)形態(tài)起到維持作用；與其他纖毛結(jié)構(gòu)相連接是支持了其他纖毛器的運(yùn)動[6]。以上雖然在技術(shù)層面上將纖維結(jié)構(gòu)從平面變成了立體結(jié)構(gòu)，但未明確表明具體類中間纖維結(jié)構(gòu)分布。

2用分級抽提和DGD包埋去包埋技術(shù)透射電鏡顯示類中間纖維結(jié)構(gòu)

蔡樹濤等人采用非樹脂包埋去包埋劑超薄切片結(jié)合選擇性生化抽提方法與DGD包埋去包埋技術(shù)在透射電鏡下顯示了蔻氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii)豐富的胞質(zhì)中間纖維網(wǎng)絡(luò)，編織成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密并且均勻[7]。之后蔡書濤等又將同樣實驗方法應(yīng)用于四膜蟲(tetrahymena thermophila)上，結(jié)果顯示出四膜蟲細(xì)胞大核周具有一層完整發(fā)達(dá)皮層骨架系統(tǒng)，小核中亦存在此結(jié)構(gòu)[8]。但是在四膜蟲胞質(zhì)中沒有發(fā)現(xiàn)典型的中間纖維體系,分析其原因可能為同原生動物較低等進(jìn)化地位不同所致。

楊振云等人用生化分離抽提和DGD包埋—去包埋透射電鏡技術(shù)在冠突偽尾柱蟲(Pseudourostyla cristata)營養(yǎng)細(xì)胞和休眠細(xì)胞中都觀察到了類中間纖維結(jié)構(gòu)體系，在營養(yǎng)細(xì)胞表膜下不同的部位布滿了不同密度的類中間纖維網(wǎng)格，整體結(jié)構(gòu)類似扭曲的串珠線。在冠突偽尾柱蟲發(fā)展為包囊以后，大部分的纖毛及其附屬微管、其他的胞質(zhì)微管開始逐漸消失，但是細(xì)胞中以中間纖維為基本形態(tài)單元的類中間纖維體系依然存在，并且基本保持與營養(yǎng)細(xì)胞中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)相同[9]。

李藝松等人應(yīng)用生化分級抽提方法、DGD包埋—去包埋透射電鏡技術(shù)研究出了膜狀急纖蟲的營養(yǎng)細(xì)胞和休眠細(xì)胞內(nèi)的類中間纖維結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)細(xì)胞核骨架體系由較致密的纖維網(wǎng)格組成，核纖層位于細(xì)胞核周緣，薄層狀。纖維上常附著一些高嗜鋨性的顆粒，此體系在細(xì)胞質(zhì)中形成的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)還和其他的細(xì)胞質(zhì)組分交織在一起,功能上分析可能是為細(xì)胞通訊、細(xì)胞核內(nèi)外信號傳遞建立了一個結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；休眠細(xì)胞內(nèi)仍然存在此結(jié)構(gòu)，不同處為此結(jié)構(gòu)較營養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)更致密[10]。

倪兵等人用同樣方法在包囊游仆蟲(Euplotes encysticus)營養(yǎng)細(xì)胞中觀察到了直徑10nm左右的單根纖維及由此纖維結(jié)構(gòu)聚集成的直徑為20~30nm之間的纖維束結(jié)構(gòu)，幾乎每一根纖維都有一個或者多個分支，并且與鄰近纖維的分支彼此交匯，并且在交匯的位置會附著一些不規(guī)則的電子密度顆粒。此項研究結(jié)果證明了類中間纖維結(jié)構(gòu)的分布并不是孤立的，是與多種細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系、多種細(xì)胞器相互聯(lián)系且相互作用的。由此之外，其毛基體的纖毛桿的殘留物和類中間纖維之間存在著纖維連接，啟示著類中間纖維和微管在細(xì)胞生命活動中可能存在著功能和結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。在休眠細(xì)胞包囊壁層中觀察到類似于類中間纖維的纖維網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密且均勻，本纖維結(jié)構(gòu)將細(xì)胞質(zhì)網(wǎng)絡(luò)體系與表質(zhì)層中殘留的纖維體系隔開，由此推測類中間纖維結(jié)構(gòu)除維持細(xì)胞形態(tài)以外還可能與胞內(nèi)外信息的傳遞有關(guān)系[11]。

3用免疫學(xué)方法及熒光顯微術(shù)顯示的類中間纖維結(jié)構(gòu)

馮磊等人用DGD包埋去包埋技術(shù)與免疫熒光實驗處理小眼蟲(Euglena gracilis)觀察到在眼蟲中的類中間纖維大多以束狀短纖維網(wǎng)格形式存在。此結(jié)果與以前研究的蔻氏隱甲藻、四膜蟲的研究相同。結(jié)果可以說明在原生動物中短纖維網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是骨架中較為重要的一種存在方式。在免疫熒光實驗中顯示類中間纖維蛋白主要分布在細(xì)胞表皮的下層和各類細(xì)胞器的表面，類中間纖維蛋白主要成分66KD蛋白[12]。

胡國群利用分級抽提技術(shù)發(fā)現(xiàn)螅狀獨縮蟲(Carchesium polypinum)體內(nèi)大核的周圍有核纖層結(jié)構(gòu)，波動膜的纖毛基粒同微纖維區(qū)的類中間纖維緊密結(jié)合聯(lián)系在一起，這種結(jié)合結(jié)構(gòu)的抗抽提性可認(rèn)為這些類中間纖維結(jié)構(gòu)不僅具有穩(wěn)固和支撐波動膜的作用，而且可能還與波動膜的運(yùn)動有聯(lián)系。間接免疫熒光和免疫印跡技術(shù)結(jié)果可測定螅狀獨縮蟲中存在類中間纖維結(jié)構(gòu)[13]但此蟲體中的纖維網(wǎng)格體系特征并不明顯，其結(jié)果分析與文獻(xiàn)報道的四膜蟲相同，這或許同原生動物較低等的進(jìn)化地位有關(guān)。

高崇明等人以抗中間纖維蛋白抗體作為探針對尾草履蟲(Paramecium caudatum)進(jìn)行了免疫熒光實驗，結(jié)果表明草履蟲蟲體中存在類中間纖維。在口器部位，間期小核中也存在類中間纖維結(jié)構(gòu)，因此作者推測染色體骨架等基本結(jié)構(gòu)是否可能主要由中間纖維而非微管或微絲構(gòu)成并由它們組成了細(xì)胞分裂的紡錘體，此推測仍未被實驗所證實。用SDS-PAGE和免疫印跡技術(shù)發(fā)現(xiàn)23KD蛋白是草履蟲類中間纖維結(jié)構(gòu)的主要纖維蛋白成分[14]。

4存在問題

以上有關(guān)原生動物類中間纖維形態(tài)學(xué)研究，主要基于Penrnan實驗室(1984)[15]建立的細(xì)胞選擇性抽提及非樹脂包埋-去包埋方法和免疫學(xué)等研究細(xì)胞骨架體系的方法，證明了類中間纖維在原生動物中的存在，初步的探明了類中間纖維-核纖層-核骨架體系的基本結(jié)構(gòu)和分布，并且也發(fā)現(xiàn)了幾種不同類型的中間纖維，但非樹脂包埋-去包埋的方法只是用于透射電鏡觀察，只能提供二維圖像真實性并不全面，而且經(jīng)抽提后中間纖維與其它物質(zhì)分離，也影響了反映其形態(tài)結(jié)構(gòu)的真實性。盡管后來出現(xiàn)的免疫熒光染色與共聚焦顯微鏡的三維合成技術(shù)能給予人們了一個立體的構(gòu)像，但因受放大倍率的限制，無法看清細(xì)節(jié)。因此在原生動物的類中間纖維結(jié)構(gòu)的研究需要開辟新的研究路徑，發(fā)現(xiàn)新的研究手段，仍需深入完善研究原生動物皮層類中間纖維系統(tǒng)的特征和生物學(xué)作用功能，從而對原生動物類中間纖維系統(tǒng)的研究有更加清晰和全面的認(rèn)識。

5今后研究方向和展望

在今后類中間纖維結(jié)構(gòu)的研究中可關(guān)注原生動物類中間纖維結(jié)構(gòu)的實驗驗方法改善，全面清晰的能展示出纖毛蟲皮層下纖維系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)并確定性質(zhì)，深入研究和探討其結(jié)構(gòu)的作用或功能以及這一結(jié)構(gòu)在更多原生動物中存在的證實。研究不同種類原生動物皮層類中間纖維系統(tǒng)的特征和生物學(xué)功能，可以填補(bǔ)中間纖維進(jìn)化路線的某些環(huán)節(jié)，對原生動物研究的科學(xué)意義深刻，也為高等動物中間纖維結(jié)構(gòu)的功能研究提供方法和理論的參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]Allen,R D.Fine Structure of Membranous and Microfibrillar Systems in the Cortex of Paramecium caudatum.J Cell Biol,197149:1-20.

[2]Allen,J L,Douglas,M G,Organization of the Nuclear Pore Complex in Saccharomyces cerevisiae.J Ultrastruct Mol Res,1989,102:95-108.

[3]Adoutte A,Fleury A.Cytoskeleton of Ciliates.In:Hausmann K,Bradbury O,eds.Ciliates:Cells as Organisms.New York:Gustav Fischer Verlag,Gustav Fischer Verlag,1006.41-49.

[4]Chen L,Ni B,Gu F K.Studies on electron microsocopic enzyme-cytochemistry of organelles of resting cyst in Paraurostyla weissei(Ciliophora,Hypotrichida).Zool.Res.2000,21(3):199-203.

[5]Grim J N.Subpellicular microtubules of Euplotes eurystomus:their geometry relative to cell form,surface contours and ciliary organelles.J Cell Sc,1982,56:471-484.

[6]朱慧，周士法，李藝松等.用非離子去垢劑抽提獲得的小游仆蟲皮層細(xì)胞骨架的構(gòu)形.動物學(xué)研究，2004,25(5)：422-428.

[7]蔡樹濤，翟中和.寇氏隱甲藻細(xì)胞核骨架與中間纖維的研究.實驗生物學(xué)報，1991，24(1)：33-43.

[8]蔡樹濤，焦仁杰，史曉露，翟中和.四膜蟲細(xì)胞的核骨架及類中間纖維.動物學(xué)報，1995,41(2)：212-216.

[9]楊振云，顧?？?，倪兵，季玲妹.營養(yǎng)期和休眠期冠突偽尾柱蟲的類中間纖維—核纖層—核骨架體系.動物學(xué)研究，2001，22(1)：85-87.

[10]李藝松，隋淑光，張麗，顧?？?急纖蟲營養(yǎng)細(xì)胞和休眠細(xì)胞的中間纖維—核骨架體系.動物學(xué)研究，2004，25(2)：147-152.

[11]倪兵，隋淑光，顧?？?包囊游仆蟲細(xì)胞的類中間纖維細(xì)胞骨架體系.華東師范大學(xué)學(xué)報，20067(4)：97-109.

[12]馮磊，高崇明，李蔭蓁.眼蟲中存在類中間纖維骨架體系.北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1999，35(4)：503-508.

[13]胡國群，高崇明.螅狀獨縮蟲類中間纖維的初步研究.北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2003，39(2)：178-181.

[14]高崇明，陳秋實，馮磊，李蔭蓁.草履蟲的類中間纖維以免疫學(xué)方法進(jìn)行的初步研究.2006,37(6)：791-796.

[15]Capeo,D.G,G.Krochmalnic and S.Penman.A new method of preparing embedment-frees sections for transmission electron microscopy:applications to the cytoskeletal framework and other three-dimensional networks.J.Cell Biol,1984,98:1878-1885.

中圖分類號:Q26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)06-0027-02

作者簡介：胡鵬月(1991.10-)，女，漢，黑龍江省雞西市，在讀研究生，哈爾濱師范大學(xué)，原生動物學(xué)。