ロフォトロコ動物におけるニコチン性アセチルコリン受容体の大規模な拡大と多様性

Massive expansion and diversity of nicotinic acetylcholine receptors in lophotrochozoans.

• Yu Jiao
• Yanfei Cao
• Zhe Zheng
• Ming Liu
• Ximing Guo

抄録

背景:

ニコチン性アセチルコリン受容体（nAChR）は、シグナル伝達に関与する最も古く、最も保存されている膜貫通受容体の一つである。コリン作動性シグナル伝達の普及と重要性にもかかわらず、nAChRの多様性と進化は完全には理解されていません。

BACKGROUND: Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are among the oldest and most conserved transmembrane receptors involved in signal transduction. Despite the prevalence and significance of cholinergic signaling, the diversity and evolution of nAChRs are not fully understood.

結果:

比較ゲノム解析により、軟体動物をはじめとするいくつかの浮遊動物において、nAChR遺伝子が大規模に拡大していることを発見した。特に神経系が単純な静止二枚貝ではその拡大が顕著で、nAChR遺伝子の数は二枚貝5種で99～217個であったのに対し、鱗翅動物や脊椎動物5種では10～29個であった。拡大した軟体動物のnAChR遺伝子はイントロンレスでタンデム配列になっている傾向があり、これはレトロポジションに続いてタンデム複製が行われているためである。系統解析の結果、両生類の共通祖先には多様なnAChRファミリーが存在し、その後、系統特異的な拡大・縮小を経験していることが明らかになった。その結果、軟体動物のnAChR遺伝子は、配列、ドメイン構造、時間的・空間的な発現プロファイルが非常に多様であり、機能の多様性が示唆された。軟体動物の nAChR 遺伝子の中には、神経系の発達前の初期発生期に発現するものもあれば、免疫応答やストレス応答に関与するものもあります。

RESULT: By comparative genomic analysis, we found massive expansions of nAChR genes in molluscs and some other lophotrochozoans. The expansion is particularly pronounced in stationary bivalve molluscs with simple nervous systems, with the number of nAChR genes ranging from 99 to 217 in five bivalves, compared with 10 to 29 in five ecdysozoans and vertebrates. The expanded molluscan nAChR genes tend to be intronless and in tandem arrays due to retroposition followed by tandem duplication. Phylogenetic analysis revealed diverse nAChR families in the common ancestor of bilaterians, which subsequently experienced lineage-specific expansions or contractions. The expanded molluscan nAChR genes are highly diverse in sequence, domain structure, temporal and spatial expression profiles, implying diversified functions. Some molluscan nAChR genes are expressed in early development before the development of the nervous system, while others are involved in immune and stress responses.

結論:

二枚貝の軟体動物におけるnAChR遺伝子の大規模な拡大と多様化は、動的な環境下での静止した生活への適応の一環として、神経系の低下を補うものである可能性がありますが、脊椎動物では、高度な神経系で働くために専門化されたnAChRのサブセットが保持されています。軟体動物では前例のない多様性が確認されたことで、動物の生理学や人間の健康にとって重要なnAChRの進化と機能についての見解が広がりました。

CONCLUSION: The massive expansion and diversification of nAChR genes in bivalve molluscs may be a compensation for reduced nervous systems as part of adaptation to stationary life under dynamic environments, while in vertebrates a subset of specialized nAChRs are retained to work with advanced nervous systems. The unprecedented diversity identified in molluscs broadens our view on the evolution and function of nAChRs that are critical to animal physiology and human health.