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昆虫クチクラ炭化水素の生合成に関与するP450の紹介 M1 RongYu

2012/10/25 20:25 に Takashi Matsuo が投稿   [ 2012/10/25 20:26 に更新しました ]
2012.11.2

 シトクロムP450(CYP)は微生物から植物、動物まで生物界に広く分布する進化的に古い遺伝子のファミリーの名称である(1)。昆虫に存在するP450遺伝子の数は種によって大きく異なり、例えばヒトジラミ(Pediculus humanus)の37種(2)からデング熱蚊(Aedes aegypti)の160種(3)までゲノム配列が見つかっている。この中で、CYP302A1、CYP306A1、CYP307A1、CYP307A2、CYP314A1とCYP315A1はそれぞれ脂質代謝生合成経路である成長ホルモン(20-hydroxyecdysone)の生合成、活性化、不活化に関与している(1)。脂質代謝に関わっているCYP4G1(4)、脳と中枢神経系で発現されていたCYP4G15(5)も昆虫のゲノムで高度に保存されており、CYP4は、昆虫特有のファミリーであることが知られている。
 昆虫は現存する陸生生物の中で一番大きいグループであり、昆虫の祖先である甲殻類が海洋から地上に移動した時、昆虫は新たに乾燥した環境の生息地に直面することになった。この時昆虫は、乾燥を防ぎ、水分を体内に保つための策として、長鎖炭化水素(クチクラ炭化水素)を不可欠な防水構成要素として表皮の上で堆積することとなった(6)。これらの長鎖炭化水素は防水以外、特に防衛、生殖、コミュニケーションの役割も果たしていることが現在では明らかとされている(7)。キイロショウジョウバエ(D. melanogaster)では、クチクラ炭化水素(CHC)は炭素鎖21-37のアルカンとアルケンによって構成され、種特異的や性特異的な情報科学物質であり、炭素鎖の長さも重要な情報を担っている。そして、これらの炭化水素成分は、性フェロモンとしても機能しうる(7)。
 昆虫で脂肪酸からの炭化水素の生合成経路は明らかになりつつあるが、まだ知見は限られている。脂肪酸合成酵素、延長酵素、不飽和化酵素による複雑なカスケードを経て、acyl-CoAチオエステルが合成され、そしてacyl-CoA還元酵素により最後の脱カルボニル反応の基質であるアルデヒドが合成されるという。この炭素鎖短縮反応を触媒するのはP450酵素に所属するCYP4Gサブファミリーであることが示された(8)。
 今まで見つかった昆虫ゲノム上の配列上の遺伝子で、炭化水素の生合成経路に関与しているもう一つのP450であるCYP301A1は先行研究によってキイロショウジョウバエ(D. melanogaster)の胚の表皮だけでなく、胚と幼虫の後腸でも発現していることが明らかとされている(9)。RNAi法でCYP301A1遺伝子をノックダウンして、成虫のクチクラの欠陥が見られた結果から、CYP301A1が表皮の形成に重要な機能を持っていることが示唆された(1)。今後CYP301A1の機能の研究も今まで知見のとぼしかった成虫クチクラの生合成メカニズムを明らかにすることが期待されている(1)。このゼミでは、昆虫クチクラ炭化水素の生合成に関与するP450の機能を紹介し、議論したい。
 
(1) Tamar Sztal, Henry Chung, Silke Berger, Peter D. Currie, Philip Batterham, Phillip J. Daborn,2012.A Cytochrome P450 Conserved in Insects Is Involved in Cuticle Formation. PLoS Genetics.7,issue 5,e36544.
(2) S. H. Lee, J. S. Kang, J. S. Min, K.S.Yoon,J.P.Strycharz,R.Johnson,O.Mittapalli,V. M. Margam, W. Sun, H.-M. Li, J. Xie, J. Wu,E. F. Kirkness, M. R. Berenbaum,B. R. Pittendrigh and J. M. Clark,2010. Decreased detoxification genes and genome size make the human body louse an efficient model to study xenobiotic metabolism.Insect Molecular Biology.19,599-615.
(3) Clare Strodea, Charles S. Wondjia, Jean-Philippe Davidb, Nicola J. Hawkesa,Nongkran Lumjuanc, David R. Nelsond, David R. Dranee, S.H.P. Parakrama Karunaratnef,Janet Hemingwaya, William C. Black IVg, Hilary Ransona,2008. Genomic analysis of detoxification genes in the mosquito Aedes aegypti .Insect Biochemistry and Molecular Biology.38,113-123.
(4) Eugenio Gutierrez, David Wiggins, Barbara Fielding, Alex P. Gould,2007. Specialized hepatocyte-like cells regulate Drosophila lipid metabolismNATURE.445,275-280.
(5) M.Ma?¨be`che-Coisne,L.Monti-Dedieu,S.Aragon, and C.Dauphin-Villemant,2000. A New Cytochrome P450 from Drosophila melanogaster,CYP4G15, Expressed in the Nervous System. Biochemical and Biophysical Research Communications.273,1132-1137.
(6) ALLEN G. GIBBS,1998. Water-Proofing Properties of Cuticular Lipids. AMER. ZOOL.38,471-482.
(7) RalphW. Howard and Gary J. Blomquist,2004. Ecological, behavioral, and biochemical aspects of insect hydrocarbons. Annu. Rev. Entomol.50,371-393.
(8) Yue Qiua, Claus Tittigera, Claude Wicker-Thomasb, Gaelle Le Goffc, Sharon Younga, Eric Wajnbergc, Thierry Fricauxc,Nathalie Taquetc, Gary J. Blomquista, and Rene Feyereisen.2012. An insect-specific P450 oxidative decarbonylase for cuticular hydrocarbon biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences.109,14858-14863.
(9) Henry Chung, Tamar Sztal, Shivani Pasricha, Mohan Sridhar, Philip Batterham, and Phillip J. Daborn,2008. Characterization of Drosophila melanogaster cytochrome P450 genes. Proceedings of the National Academy of Sciences.106,5731-5736.

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