盘基网柄菌细胞分化与凋亡中尿囊酸酶的定位及超微结构的研究

摘要

单细胞真核生物盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)是一种低等原生动物，通常情况下以单个变形虫的形式生活，以细菌和酵母为食，以二分裂方式繁殖后代，在食物缺乏的情况下，原本独立生活的细胞经过相互聚集形成细胞丘、蛞蝓体最终成为多细胞子实体，这些细胞也分化成了两种主要类型的细胞：支持孢子囊的柄细胞和包裹在囊中的孢子细胞。这一过程就是盘基网柄菌的多细胞发育阶段。类似于许多高等多细胞动物的胚胎发育，这一过程涉及到细胞的粘连、分化与凋亡等多种生理生化机制，使得盘基网柄菌成为一种重要的细胞生物学模式生物。
　　 虽然盘基网柄菌多细胞发育的形态发生过程在过去的研究中已经有了初步的了解，但在这些发育的细胞团内的单个细胞所经历的超微结构变化还没有更深入的研究。笔者利用透射电镜技术观察了单细胞生活时期的盘基网柄菌细胞的超微结构。结果显示此时细胞内的结构致密，细胞核清晰且具有多个核仁，线粒体数量丰富且内部的嵴发达，内质网紧绕线粒体而分布，脂滴等胞器也大量被观察到，这说明了变形虫时期的盘基网柄菌进行旺盛的代谢活动和分泌活动；细胞内存在大量的食物泡、溶酶体、髓样结构等成分，说明细胞具有较大的消化分解能力，为这些生理活动提供者充足的营养。这些结构的观察为进一步研究多细胞发育进程中细胞分化与凋亡的胞内的亚显微结构形态发生机制和各种信号蛋白所处的角色提供基础资料。
　　 利用前人所制备出的多克隆抗体，笔者采用胶体金为标记物，通过免疫电镜技术分别处理对数期、细胞聚集、细胞丘、蛞蝓体、子实体时期的盘基网柄菌细胞，从而在透射电镜下定位尿囊酸酶在细胞内的亚显微分布状况。对比这几个多细胞发育时期内尿囊酸酶蛋白的分布区域及细胞器的形态变化发现，对数期细胞内尿囊酸酶主要分布在食物泡内，由于早期的研究表明细菌很有可能表达尿囊酸酶，推测这些尿囊酸酶是盘基网柄菌所吞噬的克雷伯氏菌表达的产物，而在细胞聚集期细胞产生的尿囊酸酶主要分布于完整的线粒体及周围细胞质内，这与Hayashi等对两栖类动物体内尿囊酸酶的研究结论相一致。到了细胞丘时期，尿囊酸酶只特异存在于发生内自噬的线粒体内，且仅局限于线粒体因内自噬产生的空泡区域，前人的研究曾表明，这些发生线粒体内自噬的细胞将分化成前孢子细胞。随着前孢子细胞分化成休眠细胞的进程，尿囊酸酶颗粒在细胞内分布逐渐减少，特别是线粒体内几乎观察不到尿囊酸酶的存在；与前孢子细胞不同的是，在即将死亡的柄细胞内，几乎所有的胞器内都能观察到酶颗粒，一直延续至柄细胞凋亡的完成。从中可以看到尿囊酸酶在将发育成孢子细胞和柄细胞两种类型细胞内的分布位置明显不同，但与过去的研究结果相吻合的是，它的分布位置一直是在发生凋亡或是即将凋亡的细胞器内，结果提示了尿囊酸酶蛋白与盘基网柄菌细胞分化和凋亡调控途径有密切关系，也印证了前人认为尿囊酸酶可能参与盘基网柄菌细胞发育调控信号通路的猜想。