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(dòng)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(dòng)物類中間纖維結(jié)構(gòu)的功能，這一體系結(jié)構(gòu)對(duì)生命活動(dòng)起到的作用和對(duì)高等動(dòng)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(jí)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(dòng)物類中間纖維結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，分析了原生動(dòng)物在類中間纖維結(jié)構(gòu)研究中存在的種種問題，并且對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：原生動(dòng)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(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)起到多方面的重要作用。經(jīng)前人實(shí)驗(yàn)研究證明此結(jié)構(gòu)也存在于原生動(dòng)物中，原生動(dòng)物是一類最原始的單細(xì)胞生物，因此，原生動(dòng)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(dòng)物學(xué)研究提供了重要的參考和借鑒。原生動(dòng)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(dòng)物中類中間纖維的功能與高等動(dòng)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(gè)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?yàn)榧?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(dòng)物有限，對(duì)于類中間纖維體系是否普遍存在于所有纖毛蟲這個(gè)問題依然是有待證實(shí)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(bào)告的適當(dāng)改變了處理時(shí)間去抽提皮層細(xì)胞骨架。進(jìn)一步顯示了短時(shí)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(duì)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(dòng)[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(jí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(jí)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(hào)傳遞建立了一個(gè)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(gè)或者多個(gè)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(huì)附著一些不規(guī)則的電子密度顆粒。此項(xiàng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(jí)抽提技術(shù)發(fā)現(xiàn)螅狀獨(dú)縮蟲(Carchesium polypinum)體內(nèi)大核的周圍有核纖層結(jié)構(gòu)，波動(dòng)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(dòng)膜的作用，而且可能還與波動(dòng)膜的運(yùn)動(dòng)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(dú)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(bào)道的四膜蟲相同，這或許同原生動(dòng)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(duì)尾草履蟲(Paramecium caudatum)進(jìn)行了免疫熒光實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)所證實(shí)。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(dòng)物類中間纖維形態(tài)學(xué)研究，主要基于Penrnan實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)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(shí)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)原生動(dòng)物類中間纖維系統(tǒng)的研究有更加清晰和全面的認(rèn)識(shí)。

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(dòng)物類中間纖維結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)物中存在的證實(shí)。研究不同種類原生動(dòng)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(duì)原生動(dòng)物研究的科學(xué)意義深刻，也為高等動(dòng)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。

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中圖分類號(hào):Q26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：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(dòng)物學(xué)。