高尔基带并非脊椎动物独有

科学家发现，高尔基带—— 一种以前认为是脊椎动物独有的细胞器结构，也存在于其他动物中，包括软体动物、蚯蚓和海胆等。科学家还发现，高尔基带是在胚胎发育的特定时间点形成的，表明它们可能在细胞分化中发挥作用。相关研究成果近日发表于《细胞报告》。

“高尔基带是一种非常古老的结构。”论文通讯作者、意大利那不勒斯安东多恩动物研究所细胞生物学家Francesco Ferraro说，“它已经存在了6亿多年，而且如此普遍，表明它有很重要的功能。”

打破共识

高尔基复合体普遍存在于真核生物中。单细胞真核生物往往只有一个高尔基堆，植物、真菌和一些动物则有多个分散在细胞质中的高尔基堆，而其他动物有多个高尔基堆，它们相互连接，形成带状结构。

目前，细胞生物学家的共识是高尔基带是脊椎动物独有的。但Ferraro团队在海胆胚胎中观察到带状高尔基体，于是便开始调查高尔基带在非脊椎动物中有多普遍。

他们发现，高尔基带存在于脊椎动物和无脊椎动物中，包括软体动物、环节动物（蚯蚓）和棘皮动物（海星和海胆）。然而，高尔基带并不存在于节肢动物或线虫以及更原始的动物分类群中，如海绵和栉水母。

基于其分散但广泛的分布，研究人员认为高尔基带只进化了一次：大约6亿年前，在所有刺胞动物和两侧对称动物的祖先中，即除了海绵动物、栉水母和盘虫外的所有动物。但随后它在一些两侧对称动物谱系中消失了，包括线虫和节肢动物。

Ferraro说：“高尔基带的出现早于脊椎动物谱系的进化，这意味着它并没有进化出针对脊椎动物细胞生理的特定作用。”

功能谜题待解

在哺乳动物细胞中，当多个高尔基体通过分子链连接在一起时，高尔基带就形成了。分子链包括连接相邻高尔基体的GRASP蛋白和作为GRASP蛋白锚定点的高尔基体蛋白。

研究人员从之前的研究中了解到，条带的形成需要GRASP蛋白与两个高尔基体蛋白中的任何一个相结合。借助AlphaFold2模型，他们推断这些锚点可能在不同的时间进化。分析预测，一个锚点在所有多细胞动物的共同祖先中进化，而另一个似乎在刺胞动物（海蜇、珊瑚和水母）和两侧对称动物的共同祖先中进化。

不过，高尔基带的功能仍然是个谜，研究人员怀疑它参与了胚胎发育过程中的细胞分化。通过分析发育中的海胆、海鞘和文昌鱼的高尔基体动力学，他们发现高尔基体在最初细胞分裂时保持分离，但在胚胎发育的特定时刻连接在一起，形成一个集中的高尔基带。

“这些高尔基带的形成发生在原肠胚形成之前，这是胚胎确定发育成不同组织和身体结构的阶段。”Ferraro说，“基于此，我们提出高尔基带可能在胚胎发育和分化中起作用，这是以前没有想到的。”

了解高尔基带的功能具有重要的医学意义，因为已知高尔基带会分解并导致神经退行性疾病、癌症和一些病毒感染。“高尔基带分解涉及很多人类疾病，因此，如果我们了解它的功能是什么，就能更好地找到病因。”Ferraro说。

（冯维维）

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113791