原生生物クラミドモナスにおける機械的刺激を受容するメカニズムの研究

原生衣藻接受机械刺激的机制研究

基本信息

批准号：
06740628
负责人：
吉村建二郎
金额：
$ 0.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

原生生物は光、温度、化学生物など様々な外的な刺激に対して行動を変える。原生生物のクラミドモナスはそのような巧妙な反応系を持つ原生生物の一つであるが、機械刺激に対する反応は未知である。本研究では、機械的刺激に対してクラミドモナスが周期的な活動電位のようなスパイクを出すことを発見し、その性質を明らかにした。クラミドモナスの細胞体を吸引電極に吸い付け、吸引電極を通じて細胞の膜電流を測定し、吸引圧力を与えた。鞭毛をピペットに吸い込んだ状態で吸引を行うと、活動電位のようなスパイクが約1Hzの頻度であらわれ、吸引をやめるとしばらく続いた後に止まる。1)このスパイクは鞭毛を吸引しないと現われないことから、鞭毛にあるメカノセンサーが関与していることが考えられる。2)短い鞭毛を持つ細胞は小さい振幅のスパイクしか出さなかった。従って鞭毛の全長に分布しているチャンネルがスパイクの電流を通していると考えられる。3)与えた圧力(5-20cmH_2O)が高いほどスパイクの頻度(0.5-1.0Hz)は高かった。刺激の強さを活動電位の頻度に変換するfrequency codingは中枢神経系を持つ生物では一般的であるが、原生生物では初めての報告である。4)カルシウムイオンを取り除いたり、カルシウムチャンネルブロッカーを与えるとスパイクは消失した。このことはスパイクがカルシウムイオンの流入によることを示している。5)電位依存性のチャンネルによるスパイクより、機械刺激によるスパイクの方が大きかった。これはstretch-activated channel自体がスパイク電流を流していることを示唆している。繰り返しスパイクを出すことは、高等動物の機械刺激受容・伝達の機構に似ていて興味深い。クラミドモナスには単細胞生物と多細胞生物を繋ぐ機械刺激受容の仕組みがあるのかもしれない。

原生生物会根据各种外部刺激（例如光、温度和化学生物体）改变其行为。原生生物衣藻是拥有如此复杂反应系统的原生生物之一，但其对机械刺激的反应尚不清楚。在这项研究中，我们发现衣藻响应机械刺激而发出周期性动作电位样尖峰，并阐明了这些尖峰的性质。将衣藻细胞体吸引至抽吸电极，通过抽吸电极测量细胞膜电流，并施加抽吸压力。当将鞭毛吸入移液管进行抽吸时，会以约 1 Hz 的频率出现类似于动作电位的尖峰，当抽吸停止时，它们会持续一段时间然后停止。 1）由于除非吸吮鞭毛，否则不会出现该尖峰，因此认为涉及鞭毛中的机械传感器。 2）具有短鞭毛的细胞仅发出小幅度的尖峰。因此，认为沿着鞭毛的整个长度分布的通道通过尖峰电流。 3）施加的压力越高（5-20cmH_2O），尖峰频率越高（0.5-1.0Hz）。频率编码将刺激的强度转换为动作电位的频率，在具有中枢神经系统的生物体中很常见，但这是原生生物中的首次报道。 4）当去除钙离子或给予钙通道阻滞剂时，尖峰消失。这表明尖峰是由于钙离子的流入造成的。 5) 机械刺激引起的尖峰大于电压门控通道引起的尖峰。这表明拉伸激活通道本身发送尖峰电流。发射重复的尖峰很有趣，因为它类似于高等动物的机械刺激接收和传输机制。衣藻可能具有连接单细胞和多细胞生物的机械敏感机制。