Integrative genome and transcriptome mining identifies a diverse repertoire of cyclooxygenase/prostaglandin- endoperoxide synthase-like candidates in Porifera
広範なゲノムおよびトランスクリプトームデータを統合することにより、本研究は海綿動物における多様なシクロオキシゲナーゼ／プロスタグランジン・エンドペルオキサイド合成酵素様候補を特定し、それらが欠如しているという従来の仮定に異を唱え、当該酵素の系統が海綿、刺胞動物、および左右相称動物の最後共通祖先に由来することを示唆している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
何十億年もの間、動物たちは炎症、血流、そして生殖を管理するための精巧な化学言語に依存してきました。このシステムの核心にあるのは、シクロオキシゲナーゼと呼ばれる酵素です。これらの酵素を、細胞膜に含まれる一般的な脂肪酸を取り込み、プロスタグランジンとして知られる強力なシグナル分子へと変換する、特殊な分子機械だと考えてみてください。これらのシグナルは、体にいつ傷を癒すべきか、いつ感染症と戦うべきか、あるいはいつ生殖サイクルを始動させるべきかを伝えます。長い間、科学者たちはこれらの機械は比較的最近の発明であり、脊椎動物やおそらく一部のサンゴのような複雑な動物にのみ現れたものだと信じてきました。その理由は単純でした。動物の系統樹の最も初期の枝であるカイメンなどは、これらの酵素の遺伝的な設計図を全く持っていないように見えたからです。もし、何億年も存在してきたカイメンがそれらを持っていなければ、その仕組みは、カイメンが他の動物界から分岐した後により後に進化したはずだ、という論理です。
この仮定は今、カイメンの遺伝暗号に対する包括的な探索によって覆されようとしています。セバスティアーノ・スキベッリという研究者は、これまで以上に深く掘り下げることに決めました。彼は単に散在する少数の遺伝配列に頼るのではなく、213種もの異なるカイメン種の完全な遺伝的設計図や、どの遺伝子が活性化しているかを示す数千ものRNA配列を含む、膨大なデータセットを集めました。そして、強力なコンピュータツールを使用して、このデータをスキャンし、シクロオキシゲナーゼ酵素を定義する特定のパターンを探し出しました。目的は、これらの分子機械の遺伝的署名が、進化による数百万年の変化によって姿を変え、カイメンのゲノムの中に隠れていないかを確認することでした。
その探索は厳格なものでした。研究者は単に一つの一致を探したのではなく、多層的な検証システムを構築しました。彼はカイメンの遺伝配列を他の動物の既知の酵素と比較し、酵素を機能させるための特定の構造部分をチェックし、さらにそれらの遺伝子が実際に細胞によって読み取られているかを確認しました。また、遺伝子の物理的な構造も調べ、正しい数のセクションを持っていることや、RNAの証拠がDNAの予測と一致していることを確認しました。この注意深いフィルタリングプロセスによって、数百万もの潜在的な一致候補が、信頼性の高い候補のセットへと絞り込まれました。その結果、67の広範な遺伝モデルが見つかり、それらはさらに47の明確なゲノム上の位置へと精査されました。これらの中で、すべての必要な構造的特徴を備え、RNAデータによって実在する完全な遺伝子であることが確認された15の候補が、最も強力な証拠として際立ちましたが、これらのモデルの小部分については、直接的な同種内のRNAサポートではなく、真核生物としての文脈に依存していました。
これらの知見は、カイメンが確かにシクロオキシゲナーゼ酵素のための遺伝的メカニズムを保有していることを示唆していますが、それらは人間や他の複雑な動物に見られるものとは異なっています。研究者は、酵素が標的分子を掴む方法を制御する重要なコア成分を保持している18の主要な候補を特定しました。しかし、これらのカイメン版は、酵素がターゲット分子を取り込む「チャネル」の部分に変異が見られました。これらの変異の一部は、これらの酵素が、より複雑な動物の対応物と比較して、異なるタイプのシグナルを生成したり、わずかに異なる方法で機能したりする可能性を示唆しています。例えば、一部のカイメン酵素では、脂肪酸が入ってくる「チャネル」に変化があり、それが最終生成物の形状を変える可能性があります。これは、基本的な道具は存在するものの、カイメンが自身のユニークな生物学的ニーズに合わせてそれをカスタマイズしている可能性があることを意味します。
この研究はまた、これらの遺伝子が単に珍しい異常ではなく、さまざまな種類のカイメンに広く存在していることも明らかにしました。研究者は、3つの主要なカイメングループの代表種を含む、22の異なる種においてこれらの遺伝子の証拠を見つけました。ある種においては、複数のバージョンの遺伝子が同じゲノム内で隣り合わせに存在していることも発見されており、これはカイメンが時間をかけてこれらの遺伝子を複製し、多様化させてきたことを示唆しています。この多様性は、これらの遺伝子が偶然の産物や他の生物からの汚染ではなく、カイメンの真の生物学的ツールキットの一部であることを示しています。
おそらく最も重要なことは、この発見が、生命の歴史におけるこれらの酵素の出現時期に関する私たちの理解を変えることです。カイメンは動物の系統樹における最も古い生存している枝であるため、これらの遺伝子がカイメンに見つかったということは、このメカニズムがカイメン、サンゴ、そして人間を含むすべての動物の共通祖先において存在していたことを意味します。これは、シクロオキシゲナーゼの系統の起源を、以前考えられていたよりも数億年も遡らせることになります。これは、これらの重要な化学的シグナルを作る能力が、後発の発明ではなく、すべての動物に受け継がれた根本的な特性であったことを示唆しています。
しかし、研究者はこの研究が証明していないことについても慎重に述べています。遺伝的な証拠は強力ですが、これらのカイメン酵素の実際の化学的活性は、まだラボでテストされていません。この研究は、遺伝子がそこに存在し、それらがシクロオキシゲナーゼのように見えることを確認していますが、それらが実際にプロスタグランジンを生成することや、人間のバージョンと全く同じように機能することを証明したわけではありません。科学にとっての次のステップは、これらの遺伝的候補をラボに持ち込み、それらが実際にどのような化学的シグナルを作るのかをテストすることです。それまでは、この発見は動物の系統樹に対する強力な修正案として留まり、私たちの炎症や生殖システムの遺伝的なルーツが、私たちが想像していたよりもはるかに深く、そして古くから存在していたことを明らかにしています。
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