ホリネズミとラクダは同じ突然変異を使って熱に適応しました

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Anonim
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非常に高い温度に適応する必要性から、まったく異なる哺乳類(ジリスとフタコブラクダ)が同じ進化の解決策に導かれました。つまり、熱い物体と接触したときの痛みの感受性の原因となる遺伝子の同じ突然変異に。適応メカニズムは、エール医科大学とウィスコンシン大学の科学者によって発見されました。この研究は、全米科学アカデミーのジャーナルProceedingsに掲載されました。

動物が組織の損傷を避けるためには、高温の物体と接触する痛みが必要です。哺乳類の場合、通常、痛みの感受性の閾値は摂氏約40度またはそれよりわずかに高くなります。この温度は、損傷が実際に発生し始める温度よりも大幅に低くなります(これにより、たとえば、科学者は人間の安全な痛みのテストを作成できます)。そのような低下した閾値の役割は理解できます-それのおかげで、動物は火傷をする可能性を避けようとします。しかし、私たちが地球上の非常に暑い場所の住民について話している場合、不必要に低い痛みの閾値は彼らに干渉するだけです。したがって、砂漠の住民の中からの哺乳類では、高温の痛みの閾値が他の哺乳類よりも大幅に高くなることが予想されます。新しい研究では、科学者たちは、13レーンのジリス(Ictidomys tridecemlineatus)にそのような適応が存在することを証明するだけでなく、その発生のメカニズムを説明することもできました。

研究は、ホットプラットフォームテストから始まりました。この場合、動物は温度の異なる2つの領域がある場所に配置されました。1つは摂氏25度で、もう1つはそれよりも高かったです。研究者たちは徐々に2番目のセクションを加熱し、マウスまたはホリネズミがそれに費やした時間と、この時間が温度にどのように依存するかを監視しました。結局のところ、砂漠の住民の暑さに対する感度はマウスよりも大幅に低くなっています。最初は約50度まで暖まったときにのみ暑い場所を離れようとし、2番目は40度でした。

哺乳類の高温受容体はTRPV1遺伝子によってコードされる膜タンパク質であることが知られているため、さらなる研究では、ジリスや他の動物におけるこれらのタンパク質の構造の違い(90%しか同一ではない)に焦点を当てました。

タンパク質TRPV1は、TRPファミリーの典型的な受容体であり、その作用は、正に帯電したNa +および/またはCa2 +イオンの伝達に基づいています。 TRPV1は、ナトリウムイオンとカルシウムイオンのチャネルを形成する6つの膜貫通ドメインと、さまざまな補因子と相互作用する2つの細胞質ゾルチャンク(N末端とC末端)で構成されています。このタンパク質の温度に対する感受性のメカニズムは、特定の限界を超えて加熱するとそのコンフォメーションが変化し、チャネルが開き、細胞膜が脱分極し、神経信号が伝達されるという事実にまで低下します。脊髄の敏感な神経節、さらに中枢神経系へのニューロンの特定のグループ。 TRPV1は、高温だけでなく、たとえば、辛い食べ物の「辛い」味を説明するカプサイシン(唐辛子に含まれる)などの物質によっても引き起こされる可能性があることに注意することが重要です。

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ラクダとジリスに熱に対する痛みの感受性を低下させる突然変異のペア。右側に示されているのは、TRPV1タンパク質と変異の局在の図です。両方の変異が完全に同一であることがわかります。

この研究では、科学者はまず、目的のホリネズミニューロンが実際に膜にTRPV1タンパク質を含んでいることを確認しました。その後、著者らは、これらのニューロンがマウスのニューロンと同じようにカプサイシンに応答することを発見しました。次に、異なるTRPV1バリアントを持つ個々の膜フラグメントの実験の過程で、gopherタンパク質は確かに高温に対して著しく耐性がありますが、同時にマウスのタンパク質と同じようにカプサイシンに反応し、ラット。科学者たちはこれを確信した後、別の「極限環境微生物」であるフタコブラクダまたはフタコブラクダのゲノムからTRPV1の変異体をクローン化しました。結局のところ、TRPV1のラクダの亜種は、カプサイシンと温度にまったく同じように反応しましたが、遺伝子のマウスの亜種は、もちろん、ラクダの亜種よりもジリスの亜種にはるかに近いです。その後の断片の分析の過程で、科学者たちはついに、砂漠の住民をDNAレベルで結合する突然変異がどこにあるのかを見つけることができました。

結局のところ、私たちは1つではなく、動物のゲノムで独立して発生したいくつかの突然変異について話しているのです。それらは、2つのアンキリンドメインの領域にあるタンパク質のN末端サイトゾル部分に位置しています(挿入図を参照)。 TRPV1のマウスバージョンで2つのアミノ酸を同様に置き換えると、まったく同じタンパク質が出現します。カプサイシンに敏感で、温度に耐性があります。次に、ジリスとラクダのタンパク質の変異アミノ酸を置き換えると、温度に対する元の感度に戻るか、(一部のバリアントでは)さらに熱に敏感になります。

一方では、新しい研究は収斂進化の印象的な例として役立つことができ、そのメカニズムは分子レベルで完全に理解されています。一方、それは受容体タンパク質の生化学の研究への重要な貢献であり、非常に小さな変化を使用して熱受容体の感度を微調整する方法を示しています。

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