군인 바카라 룰 공격 독 프로테아제

생물-기능 공학 연구 부서 [Yoshikawa Hiroyuki의 회장] (이하 "AIST")의 바이오 상징적 인 상호 작용 연구 그룹의 책임자 인 후 카츠 타키마 (Fukatsu Takema)의 연구팀은 바이카-스테 틱 상호 작용 그룹을 포함한 Fukatsu Takema를 포함한 연구팀 (Protely Enoty Enotocal Enotoly Enotoly Entzymes)을 포함한 Fukatsu Takema를 포함한 연구팀이었다 군인은 꿀벌과 개미와 같은 사회적 "사회적 바카라 룰"의 순위를 매기 며, 군인들이 외국 적을 공격 할 때 군인들이 주입하는 독의 주요 구성 요소라고 분명히 밝혔다

이 연구는 군인 바카라 룰의 차별화와 군인-특이 적 생물학적 기능의 분자 기반에 관여하는 분자 메커니즘을 설명하기 위해 수행되었으며, 특정 군인 바카라 룰의 특정 발현 유전자를 명확히하는 첫 번째 연구입니다 이 프로테아제는 지금까지 탐험되지 않은 독특한 유기체에서 유래 한 생리 학적 활성 물질이며, 살아있는 유기체의 사회적 본질, 이타 적 계급의 기능 및 진화, 생물학적 독의 기원과 진화에 대한 새로운 통찰력을 제공한다고 말할 수 있습니다

이 연구 결과는 미국 아카데믹 저널 "미국 국립 과학 아카데미의 절차 : PNAS' (국립 과학 아카데미의 절차) 7 월 26 일자^*온라인 버전에 게시되었습니다

^* Kutsukake M, Shibao H, Nikoh N, Morioka M, Tamura T, Hoshino T, Ohgiya S,
Fukatsu T (2004) 식민지 방어를위한 바카라 룰 군인의 독수리 프로테아제Proc Natl Acadsci 미국 A101 (31) : 11338-11343

지구를 넘치는 분출하고 다양한 생물들은 진화하는 동안 독특하고 진보 된 생물학적 기능을 얻었습니다 이러한 다양하고 영리한 생물학적 기능은 과학적 호기심과 탐사의 대상이 될뿐만 아니라 미학적 가치도 있습니다생물학적 활성 물질약물LED 화합물또한 큰 적용되고 경제적 가치를 생산할 수 있습니다 생물 다양성의 이러한 측면은 종종 "생물 유전자 자원"으로 묘사되었습니다 그러나 인간이 실제로 탐구, 연구 및 지금까지 사용한 생물은 실제 생물 다양성에 비해 빙산의 일각 일뿐입니다

특히, "Biotic 독소"는 고대부터 강한 효과를 나타내는 생리 학적 활성 물질로 큰 관심을 끌었습니다 다양한 생물들은 다양한 독성 물질을 공격, 축적 및 활용하여 공격, 적들로부터 자신을 보호하고 경쟁자를 제거하는 능력을 개발했습니다 지금까지 뱀 독, 전갈 독, 거미 독, 벌레, 복어 독, 조개 독, 일부는 의약품으로 사용 된 것을 포함한 다양한 생물학적 독이 연구되었습니다

꿀벌, 개미 등사회 곤충일반적으로식민지를 방어하기 위해 유독 한 물질로 무장합니다 사회 곤충, 꿀벌, 개미 및 흰개미를 생각할 때, 사회 종이 일부 바카라 룰에 존재한다는 것은 약간 알려진 사실입니다

바카라 룰은 식물 주스를 빨고 종종 식물에 큰 식민지를 형성하는 작은 곤충입니다 약한 바카라 룰은 다양한 육식 곤충에 의해 잘 차려 입고, 종종 무당 벌레, 유충 및 유충 유충이 공격하는 것으로 보인다 대부분의 바카라 룰은 먹이로 남아 있지만, 일부 "사회적"바카라 룰은 공격에 특화된 군인 유충 (몰트와 유충으로 자라지 않음)을 가지고 있으며, 포식자를 반격하고 방어하고 식민지를 방어 할 수있는 능력이 있습니다 [그림 1]

그림 1 : 7 살의 공격의 바카라 룰 애벌레는 자연적인 적의 유충 인 일곱 살을 공격합니다

이 군인 애벌레를 만드는 과정은 흥미 롭습니다 바카라 룰은 모벌레와 짝을 이루지 않지만 암컷 강아지를 낳습니다 따라서 바카라 룰 콜로니는 유 전적으로 동일한 클론 클러스터입니다 그럼에도 불구하고, 동일한 어머니로부터 태어난 유충에서 형태, 행동 및 다산이 크게 다른 군인 애벌레와 평범한 유충은 그들 사이를 구별합니다 (그림 2 참조) 정확히 동일한 유전자 레퍼토리에도 불구하고 표현형이 매우 다르다는 사실은 유전자 사용, 즉 발현 패턴이 다르기 때문입니다 이것은 군인 유충에서 특별히 발현 된 유전자 그룹을 식별함으로써 군인 유충 및 일반 유충의 분자와 군인-특이 적 생물학적 기능의 분자 기반에 관여하는 분자 메커니즘을 명확하게 할 수 있음을 의미한다 이러한 관점에서, 우리는 슬러그 슬러그의 2 차 군인 순위 (그림 2 참조)를 사회적 바카라 룰의 모델 종으로 선택하고 군인 특이 발현 유전자를 찾기 시작했습니다

그림 2 정상적인 유충과 바카라 룰 유충의 비교 slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-slug-sl UG 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬라이그 슬라이그 슬라이그 슬라이그 슬라이그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그

　cDNA 뺄셈|, 우리는 2 개의 개별 바카라 룰 유충으로 표현 된 유전자를 검색했지만, 2 차 개별의 일반 유충에서는 그다지 표현되지 않았으며, 얻은 클론의 대부분이Catepsin B라고하는 프로테아제 (단백질 분해 효소)를 암호화하는 유전자 유형으로부터 유래되었다 이 유전자는 바카라 룰 애벌레에서, 평범한 유충보다 약 2,000 배 더 높으며, 신체의 발현 부위는 위장관이었다 이 유전자의 생성물 인 프로테아제는 또한 바카라 룰들에게서 구체적으로 검출되었으며 위장관에도 국소화되었다

어떤 사람들은 생체 내 에서이 프로테아제의 기능이 소화관에 존재하기 때문에 단백질 소화 효소라고 생각할 수 있습니다 그러나 바카라 룰을위한 음식 인 식물 주스에는 단백질이 거의 없습니다 더욱이, 소화에 관여하는 경우, 정상적인 유충이 필요하지만,이 프로테아제는 정상적인 유충에서 거의 감지되지 않습니다 즉, 그것이 정상적인 단백질 소화 효소로서 기능 할 가능성은 거의 없다 높은 수준의 군인-특이 적 표현을 고려할 때, 그것은 일종의 군인-특이 적 생물학적 기능과 관련이있는 것으로 추정되었다

슬러그 슬러그의 바카라 룰 애벌레는 입 바늘로 찔러서 적을 공격합니다 공격을받은 적의 쇠약은 마비되고 결국 죽습니다 (그림 1과 3a 참조) 바카라 룰 유충이 공격 한 나방 유충으로부터 단백질을 분석 할 때,이 프로테아제의 다량이 검출되었다 [도 3B 참조] 다시 말해, 바카라 룰 애벌레는이 단백질을 공격 중에 적의 몸에 주사했습니다 재조합 단백질은 미생물 학적으로 생성되어 프로테아제 자체가 살충 활성을 갖는지 여부를 결정 하였다 이 재조합 프로테아제에 대한 주사는 나방 유충의 사망을 초래했으며, 실제로 살충 활성을 갖는 것으로 입증되었습니다

이 결과는이 프로테아제가 "군인 바카라 룰 독"의 주요 구성 요소 인 Colony Defense에 사용되는 물질이며 군인 계급의 주요 사회적 기능임을 밝혀 냈습니다

그림 3 (a) 꿀 나방 유충을 공격하는 바카라 룰 애벌레 (b) 면역 블 롯팅에 의한 바카라 룰 별 프로테아제의 검출 1 두 바카라 룰 유충으로부터 추출 된 단백질 바카라 룰의 프로테아제가 감지됩니다 2 30 명의 바카라 룰 애벌레에 의해 공격을받은 후 마비 된 꿀 대마 유충으로부터 추출 된 단백질 주사 된 프로테아제는 나방 유충에서 검출된다 3 꿀 대마 유충으로부터 추출 된 단백질은 30 개의 정상 유충과 공존했다 나방 유충 자체에서는 프로테아제가 검출되지 않습니다

나는이 바카라 룰-특이 적 단체가 살충 활동을 나타내는 이유의 분자 기반을 명확히하고 싶습니다 구체적으로, 다양한 부위에서 도입 된 돌연변이로 재조합 돌연변이 체 프로테아제를 생성함으로써 생물 분석을 위해 나방 유충에 주입함으로써, 프로테아제의 어느 부분이 살충 활성에 중요한지를 명확히 할 수있다

이 프로테아제의 진화와 기원에 대해 다양한 사실이 밝혀지기 시작했습니다 Similar proteases were also specifically expressed in soldier larvae of social aphids, which are closely related to the slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug slug 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 슬러그 유전자의 기본 서열은 독과 조개류의 독 단백질에서 가속화 된 것으로보고되지만,이 프로테아제는 독성 단백질의 핵이다분자 진화 분석, 그와 동일합니다진화 패턴 가속화감지

이 프로테아제는 아마도 바카라 룰 유충과 정상 유충 사이의 분화 경로의 최종 단계에서 발현되는 분자 일 것입니다 초기 단계에서 발현되는 바카라 룰-특이 적 유전자를 더 탐색해야한다

약 4,000 가지 유형의 바카라 룰이 전 세계적으로 알려져 있으며 그 중 약 50 명이 공격적인 군인 애벌레를 생산합니다 다양한 군인 바카라 룰에서 특정 발현 유전자를 탐구하고 다양한 사회적 행동에 관여하는 분자를 식별하는 것도 미래의 연구 주제가 될 것입니다

이 연구 결과는 주로 AIST의 생물 기능 공학 연구 부서, 생체 상징적 상호 작용 연구 그룹 (이하 바이오 상징적 G라고 불리는) 및 게놈 공장 연구 부서, 분자 발현 제어 연구 그룹 (이하 분자 발현 G)으로 구성된 다음 연구 팀에서 나온 것입니다 Mayako Kutsukake (Biosymbiosis G, AIST의 특별 연구 연구원), 군인 프로테아제의 식별 및 기능 분석; Shibao Harunobu (Tsukuba 대학교 Biosymbiosis G의 특별 연구 연구원), 군인 바카라 룰의 생리 학적 분석; Nikawa Naruo (Open University 조교수), 군인 프로테아제의 분자 진화 분석; Morioka Mizue (도쿄 대학교 조교수), 군인 프로테아제의 구조 분석; Tamura Guhiro (Gene Expression Engineering Research Group, Genomic Factory Research Division, Research Group의 이사), 군인 프로테아제 활동 분석; Hoshino Yasushi (Gene Resource Analysis Research Group (현재 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 기관)의 생물 기능 공학 연구 부서의 주요 연구 연구원), 재조합 프로테아제의 구조적 분석; Ogitani Satoru (Molecular Expression G, Research Group의 이사), 재조합 프로테아제 생산; Fukatsu Takema (생물학적 공생 G 연구 그룹의 이사), 전체 연구 프로젝트 계획 및 감독

◆ 생물 활성 물질

유기체의 다양한 반응, 생리학 및 기능에 중요한 영향을 미치거나 영향을 미치는 물질에 대한 일반적인 용어 제약, 항생제, 살충제 및 독을 포함한 다양한 목적으로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ LED 화합물

의약품 및 생리 학적 활성 물질의 발달에서, 자연 제품 또는 미생물을 스크리닝하여 원하는 활성을 갖는 물질을 먼저 식별하고, 물질을 "히트 화합물"으로 사용하여 유사한 구조로 다양한 유도체를 합성하여 더 높은 활성으로 물질을 검색하는 경우가 종종 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 사회 곤충

그룹으로 살고 눈에 띄게 통합되고 내재화되는 곤충 사회적 곤충에는 개미, 호넷, 꿀벌 및 흰개미, 일부 바카라 룰, 스립 및 기생 말벌이 포함되지만 사회적 종도 있습니다 사회 곤충의 주요 특징은 생식 계급, 노동 계급 및 군인 계급으로 알려진 전문화 된 개인이 관련된 식민지 회원들 사이에 구별된다는 것입니다 예를 들어, 꿀벌 식민지는 한 여왕 벌과 많은 노동자 꿀벌로 구성되며, 중대한 형태 학적 차별화 (큰 여왕 꿀벌과 소규모 노동자 꿀벌), 노동 분업 (일하는 일꾼 꿀벌), 생식 노동의 분열 (퀸 꿀벌을 낳는 꿀벌)으로 구성됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 식민지

개별 살아있는 유기체가 공간적으로 모이는 상태 사회적 곤충의 식민지에서 부모-자녀 또는 자매 형제 관계에있는 많은 혈액 관련 개인은 일반적으로 둥지로 알려진 제한된 공간에 살고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ cDNA 뺄셈

유사한 생물학적 샘플들 사이에서 상이한 발현 수준을 갖는 유전자 그룹을 분리하는 기술 중 하나 예를 들어,이 연구에서,이 연구에서, mRNA는 각각의 2 인치 병사 유충 및 2 인치 성 중식 유충으로부터 추출되며, 역전사에 의해 cDNA를 합성하고, 이들 사이의 뺄셈 하이브리드 화를 위해 유충에 특이 적으로 존재하는 cDNA를 수득한다[참조로 돌아 가기]

◆ Catepsin B

다양한 동물 세포에서 리소좀에 국한된 프로테아제 유형 많은 사람들은 산성 조건에 최적의 pH를 가지고 있습니다 그것은 활성 중심에 시스테인 잔기를 함유하고 있으며, 단백질 분자를 감소시키는 강한 능력이 있다고한다[참조로 돌아 가기]

◆ 분자 진화 분석

다른 유기체로부터의 DNA 및 단백질의 구조 및 서열을 비교하여 이들 분자 자체의 진화 과정을 질적으로 그리고 정량적으로 추정한다 전형적인 분석 방법에는 분자 계통 발생 트리 생성, 분자 진화 속도 계산 및 분자 진화 과정의 추론이 포함됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 진화 패턴 가속화

유전자 DNA의 염기 치환은 단백질의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 "동의어 치환"및 아미노산 서열을 변화시키는 "비대형 치환"을 포함한다 동의어 치환은 단백질 기능에 영향을 미치지 않지만, 비 동의 치환은 종종 단백질 기능을 변화시킨다 많은 단백질에서, 대부분의 염기 치환은 동의어 치환이다 그러나, 병원성 미생물의 특정 유형의 독 단백질 및 표면 항원 단백질에서, 동의어 치환의 수는 예외적 인 경우에서 비 동의어 치환의 수를 초과하는 것으로 알려져있다 이 현상은 "가속화 된 진화"라고하며 단백질 기능이 변화하거나 다각화되는 상황에서 발생하는 것으로 생각됩니다[참조로 돌아 가기]