高尔基体细胞器的带状结构并非脊椎动物独有，这与之前的共识相反

2月29日，研究人员在《细胞报告》杂志上报道称，高尔基体带是一种以前被认为是脊椎动物独有的细胞器结构，也存在于动物分类群中，包括软体动物、蚯蚓和海胆

高尔基体带的功能仍然是谜，但它在不同动物谱系中的存在表明它的功能并不像以前认为的那样是脊椎动物特有的。研究小组还显示，高尔基体带在胚胎发生的特定时间点形成，这表明它们可能在细胞分化中发挥作用

Anton Dohrn动物研究所的资深作者兼细胞生物学家Francesco Ferraro说：“高尔基丝带是一项非常古老的创新，它比以前想象的要广泛得多。”。“现在还不清楚为什么你需要这种结构，但它已经保存了6亿多年，而且仍然如此广泛，这表明它的功能是非常基本的。”

高尔基复合体在真核生物中普遍存在，但它们的整体组织各不相同。细胞器由堆叠的膜囊组成，这些膜囊处理和包装蛋白质，使其能够运输到细胞的其他部分或从细胞中排出

单细胞真核生物倾向于具有单个高尔基体堆叠，而植物、真菌和一些动物具有分散在细胞质中的多个堆叠，而其他动物具有多个高尔基体堆栈，这些堆栈连接起来形成带状结构

来源：细胞报告（2024）。DOI:10.1016/j.celrep.2024.113791

细胞生物学家目前的共识是，高尔基体带是脊椎动物独有的，但当Ferraro的团队在海胆胚胎中观察到带状高尔基体时，他们开始研究非脊椎动物中高尔基体的常见程度。为此，研究人员调查了各种动物分类群和密切相关的单细胞真核生物的高尔基体结构

他们发现脊椎动物和无脊椎动物都存在高尔基体带，包括软体动物、环节动物（如蚯蚓）和棘皮动物（如海星和海胆）。然而，高尔基体带不存在于节肢动物或线虫中，也不存在于更原始的动物分类群中，如海绵和梳状水母

基于其分散但广泛的存在，研究人员认为高尔基体带只进化过一次——大约6亿年前，在所有刺动物和双边动物的祖先身上，包括除海绵、梳状水母和placozoans之外的所有动物——但随后在一些双边谱系中消失了，包括线虫和节肢动物

Ferraro说：“高尔基体带早于脊椎谱系的进化和多样化，这意味着它的进化并不是为了对脊椎动物的细胞生理学做一些特定的事情。”

接下来，该团队想探索高尔基体缎带形成和进化背后的机制。在哺乳动物细胞中，当多个高尔基体堆叠通过分子链连接在一起时，就会形成高尔基体带，分子链包括连接相邻高尔基体堆栈的“GRASP”蛋白和作为GRASP蛋白锚定点的“高尔基蛋白”

研究人员从之前的研究中了解到，带状物的形成需要GRASP与两种高尔基蛋白中的任何一种结合，并使用AlphaFold2模型推断出这些锚点可能在不同的时间进化：他们的分析预测，一个锚点在所有多细胞动物的共同祖先中进化，而另一个高尔基蛋白的结合似乎在刺动物（即海葵、珊瑚和水母）和双边动物的共同始祖中进化

高尔基体带的功能仍然是个谜，但研究人员怀疑它与胚胎发生过程中的细胞分化有关。通过分析发育中的海胆（Paracentrtus lividus）、海鞘和柳叶刀的高尔基体动力学，他们表明，在细胞分裂的前几轮过程中，高尔基体堆叠保持分离，但在胚胎发生过程中，它们在特定点连接形成集中的高尔基带

Ferraro说：“这些集中的高尔基体带的形成发生在原肠胚形成之前，即胚胎确定不同组织命运和动物身体计划的发育阶段。”

“基于这种保守的形成时间，我们提出高尔基体色带可能在胚胎发育和分化中发挥作用，这是以前没有人想过的。”

现在，研究人员正在“测试色带实际上与分化有关的想法，”Ferraro说。了解高尔基丝带的功能可能具有重要的医学意义，因为已知高尔基丝带会分解并导致神经退行性疾病、癌症和一些病毒感染的病理学

Ferraro说：“丝带的拆卸涉及许多人类病理学，因此，如果我们了解它的功能，我们就可以更好地了解这些疾病的原因。”