Heliozoan Raphidocystis kontraktilis, bir dış uyaranla karşılaştıktan birkaç milisaniye sonra axopodia’sını geri çeker. Japonya’daki Okayama Üniversitesi’nden araştırmacılar, mikrotübül dinamiklerinin bu ani kol kısalmasının anahtarı olduğunu bildiriyor. Kredi: Okayama Üniversitesi’nden Motonori Ando
Araştırmacılar, ortamdaki değişikliklere yanıt olarak heliozoan kollarının hızla geri çekilmesinden sorumlu genleri ve proteinleri keşfettiler. Bu, hücre hareketliliğinin en hızlı bilinen örneklerinden biridir.
Raphidocystis kontraktilis, tatlı, acı ve deniz suyunda bulunan Heliozoa grubundan bir ökaryot türüdür. Bu organizmalar, kendilerine güneş benzeri bir görünüm veren parmağa benzeyen kolları veya axopodiaları nedeniyle “güneş solucanları” olarak bilinirler.
R. kontraktilis’in axopodia’sı, alfa-beta tübülin heterodimerlerinden yapılır. , mikrotübülleri oluşturur. Uyaranlara tepki olarak kollarını hızla geri çekme yeteneğine rağmen, bu hızlı kol kısalmasının ardındaki mekanizma bir sırdır.
Bu amaçla, aralarında Profesör Motonori Ando, Dr. Risa Ikeda’nın da bulunduğu bir araştırma ekibi (her ikisi de Hücre Fizyolojisi Laboratuvarı) ve Japonya’daki Okayama Üniversitesi’nden Doçent Mayuko Hamada (Ushimado Deniz Enstitüsünden), canlılar dünyasındaki en hızlı hücre hareketlerinden birinin mekanizmasını araştırdılar.
Öyleyse, Hepsi nerede başladı? Çalışmalarının arkasındaki motivasyonu paylaşan Profesör Ando, ”Son zamanlarda, Okayama Eyaletindeki çeşitli hidrosferlerde çok çeşitli heliozoanlar keşfedildi, bu da aynı ortamda birkaç güneş solucanı türünün yaşadığını açıkça ortaya koyuyor. Bu protozoaların etrafındaki gizemleri çözmeye ve bilgimizin ufkunu kademeli olarak genişletmeye çalışıyoruz.”
Yazarlar, tubulin proteinini immüno-etiketleyerek ve aksopodial kasılmadan önceki ve sonraki hareketini gözlemleyerek araştırmalarına başladılar. Kısalmadan önce, tübülinlerin axopodia’nın tüm uzunluğu boyunca sistematik olarak düzenlendiğini, ancak axopodial geri çekilmeden sonra, bunların hızla hücre yüzeyinde biriktiğini buldular. Bu, onların hızlı axopodial geri çekilme sırasında mikrotübüllerin anında tübüline ayrıldığına inanmalarına yol açtı. Bununla birlikte, mikrotübül degradasyonu genellikle hızlı bir fenomen değildir; oldukça yavaş ilerliyor.
Öyleyse, R. kontraktilis bu değişikliği nasıl bu kadar hızlı başarabildi?
Araştırmacılar, mikrotübüllerin aynı anda birden fazla bölgede bölünmesi durumunda bunun mümkün olduğunu varsaydılar. Hipotezlerini doğrulamak için yazarlar, R. kontraktilis’teki mikrotübüllerin anında bölünmesine dahil olan proteinleri ve genleri bulmaya koyuldu. Bulguları yakın zamanda The Journal of Eukaryotic Microbiology’de yayınlandı.
Araştırmacılar de novo transkriptom dizileme (hücrede belirli bir zamanda ifade edilen genlerin analizi) gerçekleştirdiler ve R. kontraktilis’te 32.000’e yakın gen tanımladılar. Bu gen seti en çok protozoanlarda (tek hücreli organizmalar) ve ardından metazoanlarda (iyi farklılaşmış hücrelere sahip çok hücreli organizmalar; buna insanlar ve diğer hayvanlar dahildir) bulunana benziyordu.
Homoloji ve filogenetik elde edilen gen setinin analizi, mikrotübül bozulmasında yer alan birkaç geni (ve bunlara karşılık gelen proteinleri) ortaya çıkardı. Bunlar arasında en önemlileri katanin p60, kinesin ve kalsiyum sinyal proteinleridir. Katanin p60, aksopodial kol uzunluğunun kontrolünde yer aldı. Birkaç kinesin geni kopyası bulundu. Belirlenen kinesinler arasında, ana mikrotübül istikrarsızlaştırıcı protein olan kinesin-13’ün, axopodia’nın hızlı kasılmasında önemli bir rol oynadığı bulundu. Kalsiyum sinyal genleri, kalsiyum iyonlarının çevresinden hücreye girişini ve aksopodial geri çekilmenin indüklenmesini düzenler.
Araştırmacılar ayrıca kamçı oluşumu ve hareketliliği ile bağlantılı genlerin eksikliğini de fark ettiler, bu da R. kontraktiller kamçıdan evrimleşmemiştir. Pek çok gen sınıflandırılmamış kalsa da, yeni oluşturulan gen seti, R. kontraktilis’in aksopodial motilitesini anlamayı amaçlayan gelecekteki çalışmalar için bir referans görevi görecektir.
Heliozoan axopodia, hassas bir sensör olarak işlev görebilir. Ortamlarındaki küçük değişiklikleri, örneğin ağır metal iyonlarının ve antikanser ilaçlarının varlığını tespit edebilirler. Geleceğe yönelik vizyonlarını tartışan Profesör Ando, ”Heliozoa’nın axopodial tepkisinin, çevre ve musluk suyu kirliliği için geçici algılama ve izleme cihazları geliştirmek için bir indeks olarak kullanılabileceğine inanıyoruz. Yeni antikanser ilaçların birincil taraması için yeni bir biyoanaliz sistemi olarak da kullanılabilir. Gelecekte, bu organizmalar üzerindeki temel ve uygulamalı araştırmaları geliştirmek için bir ekip olarak birlikte çalışmaya devam etmeyi planlıyoruz.”
Heliozoanlar, tek bir hücrenin dünyayı değiştirmek için muazzam bir potansiyele sahip olduğunu bir kez daha kanıtladılar. Yazarlara vizyonlarını gerçeğe dönüştürmede başarılar diliyoruz!
Referans: “Mikrotübül tabanlı motilitede yer alan genleri belirlemek için centrohelid Raphidocystis kontraktilis’in De novo transkriptom analizi” yazan Risa Ikeda, Tosuke Sakagami, Mayuko Hamada, Tatsuya Sakamoto, Toshimitsu Hatabu, Noboru Saito ve Motonori Ando, 21 Kasım 2022, Journal of Eukaryotic Microbiology.
DOI: 10.1111/jeu.12955
Çalışma Japonya tarafından finanse edildi Bilimi Teşvik Derneği ve Deniz Omurgasızları Araştırma Enstitüsü.