私たちの体は細胞でできています。各セルは、より小さなコンポーネントのスープであり、すべてが協力して体のさまざまな機能を実行します。おそらく、これらの成分の中で最もよく知られているのはタンパク質です。これは、細胞がDNAからの指示で作るアミノ酸の長い鎖です。 DNAが変化すると、細胞は新しい機能を備えた新しいタンパク質を作ることができ、このようにしてタンパク質は進化の不可欠な部分であると理解されます。
しかし、新しい研究では、これが私たちが進化する他の方法を見逃す狭い見解である可能性があることを発見しています。
「脂質は最大30％を占めています [of the dry weight] 生細胞の。しかし、人々はそれらを貝殻とのみ考えています」と、デュッセルドルフの分子進化研究所の進化細胞生物学者であるスヴェン・グールドは言いました。
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脂質は細胞内の脂肪です。細胞膜の教科書画像（「シェル」が意味するもの）は、脂質の床で揺れ動くタンパク質を示しています。科学者はこれらの膜タンパク質について多くを知っています。すべてのヒトタンパク質の約25％が膜に位置すると推定されています。彼らは多くの機能を実行します。受容体として、細胞の外側の特定の分子に結合します。チャネルとして、特定の分子が細胞に入って出て行くことを可能にします。そして、触媒として、それらは化学反応をスピードアップするのに役立ちます。
一方、科学者の脂質に対する理解は、タンパク質を保持するものとしての梱包材としての役割に限定されています。実際、それらはしばしば、丸い頭と長くて流れるような尾で作られた均質な層に配置されると想像されます。
a 最近公開された研究 で 自然コミュニケーション ハイデラバードのCSIR-Centre for Cellular and Molecular BiologyのSwasti Raychaudhuriの研究室から、この見解に挑戦しています。
RC1複合体
チームの研究は、呼吸器複合体1（RC1）と呼ばれる膜タンパク質のグループに焦点を当てていました。 RC1および他の同様の複合体は、体が酸素を呼吸するときに細胞がエネルギーを生成するために不可欠です。それらは、私たちを含む酸素を呼吸するために酸素を必要とするすべての真核細胞のミトコンドリア内膜に見られます。
RC1は、これらの呼吸器の最大です。人間では、それは人間の44個のタンパク質で作られた鈍い角度の複合体です。一部のタンパク質は、細胞の細胞質およびミトコンドリア内で作られています。彼らは、複合体を形成するためにミトコンドリアの内膜への道を見つけます。
RC1を研究するために、科学者はそれを3つの部分に分割しました。1つはミトコンドリアの内側に直面し、呼吸中のエネルギー生成に対する反応を触媒します。脂質に富むミトコンドリアの内膜を移動し、水素イオンの運河として機能するもの。そして、内側と外側のミトコンドリア膜の間の空間に広がり、その正確な役割はまだ理解されていないもの。
RC1は生細胞の呼吸に不可欠であるため、その中の変異は病気を引き起こすと予想されます。疾患に関連する既知のRC1変異を探している場合、研究チームは膜間RC1部品で予期しない何かを発見しました。変異の半分は、ミトコンドリア膜の脂質と相互作用する領域にありました。
タンパク質と脂質を一緒に
さらに調査すると、研究者たちは、膜の膜間部分と膜の脂質がすべての生命体で同じではないことを発見しました。植物や動物には異なるバージョンがあります。研究者は、正確な生化学技術を使用して、細胞の脂質品種を調べ、植物の脂質が動物のカウンターパートよりも変わった構造を持っていることを発見しました。彼らは、これを植物脂質が多価不飽和脂肪酸が豊富であることに起因していると考えています。
計算モデルを使用して、チームは、ヒトと植物のRC1の膜間タンパク質と、カーディオリピンと呼ばれるヒトおよび植物の脂質との親和性を比較しました。ミトコンドリア膜に見られる最も顕著な脂質です。
彼らは、ヒト細胞のタンパク質が植物脂質よりもヒト脂質を好むことを発見し、その逆も同様です。同様に、培養細胞では、チームメンバーが膜の脂質に直面している植物RC1の一部をヒトのミトコンドリア膜に挿入したとき、複合体が崩壊したことがわかりました。言い換えれば、RC1複合体は、その物理的完全性を維持するために、同じ王国の生物からカーディオリピンを必要とします。チームは、脂質の構造と組成の特定の詳細が、どのタンパク質が存在できるかを決定すると結論付けました。
さらに一歩進んで、研究者は、膜脂質が異なる生物の生存ニーズに合わせて時間とともに進化したことを示唆しています。植物の脂質のキンキエの尾は、膜のより大きな構造的柔軟性を提供します。これはなぜだったかもしれません 植物のような生物 干ばつ、熱、塩分など、歴史を通じて多彩な環境ストレスに直面し、構造的に柔軟な脂質を持つことで利益を得ています。
重要なことに、タンパク質は正しく機能するために脂質と共進化しなければならなかったでしょう。
新しいツールが必要です
実際、この新しい研究は、ミトコンドリア膜における脂質タンパク質の共進化のアイデアをサポートした最初の研究である可能性があります。もちろん、それはまた、細胞内の他の膜で脂質とタンパク質がどのように交差するかを実証した以前の研究を保持しています。
「ほとんどのラボは、大規模なコミュニティが成長したため、進化におけるDNA、RNA、およびタンパク質の役割を研究しています」とグールドは言いました。 「しかし、進化は、生細胞を構成するあらゆる種類の分子を介して起こり、それらを研究する必要があります。」
進化だけでなく：この研究は、人間の健康をよりよく理解する可能性も開きます。スタチンのような薬物は、細胞内のコレステロール（別の顕著な脂質）を制御するために一般的に使用されます。科学者は、脂質のエッセイの役割をより完全に理解するため、スタチンのような物質の長期使用を評価して最適化することができます。病原体の細胞への侵入を制御する際の脂質の役割も注意を必要とします。
ただし、これらの研究には、まだ存在しないより洗練された生物学的ツールも必要です。脂質はタンパク質よりも複雑な分子です。タンパク質は、さまざまな方法で配置された20個のアミノ酸で構成されるよく理解されているポリマーですが、脂質は長さと化学組成の両方が異なる脂肪酸でできています。特にそれらの組成は、個人の遺伝子によって部分的にのみ制御されます。残りは、食事や他の環境要因の影響を受けます。脂質を研究するための既存のツールも、これらの複雑さを考慮すると不足しています。
「研究室で脂質を再構成することは非常に困難です。膜タンパク質は最も困難です。しかし、計算方法は生化学的ツールよりも速く発達しました」とグールドは付け加えました。 「これらは、より多くの科学者が脂質生化学を取り上げるように促しますか？それはまだ見られないものです。」
それにもかかわらず、教科書の画像と科学的な想像力が両方とも膜脂質に対する態度を変える必要があることは明らかです。 LDL、HDL、トリグリセリド、およびコレステロールは、すでに私たちの日々の意識の一部です。したがって、これらおよび他の脂質をさらに研究することは、医療を改善し、進化の見方を高めるのに役立ちます。それはwin-winです。
Somdatta Karak、博士号科学コミュニケーション、CSIR-Centre for Cellular and Molecular Biology、Hyderabadの公開アウトリーチ。
公開 – 2025年4月24日05:30 AMです