水温が変化すると、頭足類の分子モーターも変化する

Apr 21, 2023

頭足類は、タコ、イカ、イカなどを含む海洋動物の大きな科です。 彼らは、熱帯の暖かく浅い海から、ほぼ氷点下の深海まで、あらゆる海に生息しています。 さらに驚くべきことに、カリフォルニア大学サンディエゴ校の2人の科学者が新しい研究で報告したところによると、少なくとも一部の頭足類は、異なる水温に「その場で」適応するために細胞内のタンパク質モーターを再コード化する能力を持っているという。

Cell誌2023年6月8日号に執筆、筆頭著者Kavita J. Rangan博士、上級著者サマラ・L・レック・ピーターソン博士の研究室の博士研究員、カリフォルニア大学細胞分子医学科教授カリフォルニア大学サンディエゴ校のサンディエゴ医科大学と細胞・発生生物学、およびハワード・ヒューズ医学研究所の研究員は、乳白色の海岸イカ (Doryteuthis opalescens) が RNA コーディングを利用してタンパク質レベルでアミノ酸を変化させ、分子機能を改善する方法について説明しています。冷たい水中で細胞内でさまざまな機能を実行するモーター。

RNA の再コーディングにより、生物はゲノム設計図から遺伝情報を編集して新しいタンパク質を作成できます。 このプロセスは人間ではまれですが、サンディエゴの海岸に沿って季節ごとに産卵回遊を行う D. opalescens などの柔らかい体の頭足類ではよく見られます。

「D. opalescensのような頭足類は、その大規模な神経系、体の革新、複雑な行動で注目に値します」とランガン氏は述べた、「そして彼らのRNA記録の広範な使用は、このプロセスが温度などの環境信号への応答にどのように関与しているのかについて多くの疑問を引き起こしています。 」

新しい研究で、ランガンとレック・ピーターソンは、微小管と呼ばれる細胞の高速道路に沿ってさまざまな細胞内貨物を輸送する分子モーターとして機能するイカ細胞の一対のタンパク質の変化を調べた。 具体的には、研究者らはキネシンとダイニンと呼ばれる分子モータータンパク質に焦点を当てた。これらはどちらもニューロンを含むすべての細胞内の輸送の基本である。 ヒトでは、両方のモーターの変異が神経変性疾患に関連しています。

ランガン教授は、スクリップス海洋研究所で生きたイカの孵化したばかりの稚魚を使って研究し、海水温が低いと動物のキネシンの記録が増加することを発見した。 次に、ランガン氏は、組換え DNA 技術と生化学を使用して、再コードされたキネシンタンパク質を再作成しました。 次に、彼女は高度な光学顕微鏡を使用して単一モーター分子の動きを測定し、記録されたキネシンモーターが低温でよりよく機能することを発見しました。

「今回の研究は、イカが海水温の変化に応じてプロテオーム（生物が持つタンパク質全体）をその場で調整できることを示唆している」とレック・ピーターソン氏は述べた。 「これにより、これらの海洋変温動物、つまり外部の体温源に依存する動物が、幅広い海水温の中で生存し、繁栄できるのではないかと推測できます。」

科学者らはまた、RNAの再コーディングが組織間で異なり、異なる運動特性を持つ新たなキネシン変異体を生成していることも発見した。

「この研究は、頭足類における再コーディングが、生理学的ニーズをサポートし、変化する環境条件に順応するためにタンパク質の機能を動的に調整するために重要であるという考えを裏付けています」とレック・ピーターソン氏は述べた。 「これらの動物は、環境に適応するために完全にユニークなアプローチをとっています。」

ランガン氏は、今回の研究結果は、イカの「エディトーム」が、可塑性や変化を受けやすい分子の領域を強調するための貴重な資源である可能性があることを示唆していると述べた。 彼女は現在、さまざまな海水温にわたるイカのエディトーム全体を含むデータベースを開発中です。

「キネシンやダイニンのような高度に保存されたタンパク質では、頭足類のコーディング部位が機能的に重要な見落とされている残基を指し示している可能性がある」とランガン教授は述べた。「これは、基本的なタンパク質機能の理解だけでなく、特定の機能を持つタンパク質の操作にも広範な意味を持っている」 頭足類は私たちにどこを見るべきか、どのような変化を起こすべきかを教えてくれるかもしれない。」

この研究は、ハワード・ヒューズ医学研究所、国立衛生研究所 (NIGMS)、および生命科学研究財団から資金提供を受けました。

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