また、低pHストレス下でのPatinopecten yessoensisにおけるアルギニンキナーゼの重要な役割を構造と機能解析により明らかにした

Structure and functional analysis reveal an important regulated role of arginine kinase in Patinopecten yessoensis under low pH stress.

• Zujing Yang
• Xiaoting Huang
• Huan Liao
• Zhengrui Zhang
• Fanhua Sun
• Sihua Kou
• Zhenmin Bao

抄録

ホスホキナーゼファミリーの重要なメンバーであるアルギニンキナーゼ（AK）は、アデノシン三リン酸（ATP）の時間的・空間的緩衝系に関与している。AKは生理機能や代謝調節に重要な役割を果たしており、特にエネルギー需要が高く変動する組織では重要な役割を果たしています。本研究では、イッソホタテガイ（Patinopecten yessoensis）ゲノムから4つのAK遺伝子を初めて同定し、それぞれPyAK1-4と命名しました。PyAKは6-exon/5-exon構造を持つ高度に保存された構造を持っているが、PyAK3を除いては、PyAK3は2-d-on構造を持っていた。PyAK3は珍しい2ドメイン構造と2ドメイン間の「ブリッジイントロン」を含んでおり、これは遺伝子の複製とその後の融合に由来するものと考えられている。系統解析の結果、すべてのPyAKは、軟体動物、扁平虫類、節足動物、線虫類の他のAKタンパク質とともに、AKスーパークラスターに属していることがわかった。トランスクリプトームデータベースから、PyAK3とPyAK4は幼虫の発生期や成虫組織で高発現しているが、PyAK1とPyAK2は低発現であることが明らかになった。さらに、PyAK2とPyAK3は雄性腺で顕著な高発現を示し、PyAK4はほぼ全ての組織で広く発現しており、最も高い発現レベルは線条筋であり、PyAKsの組織特異的な発現パターンを示唆していた。さらに、定量的リアルタイム PCR の結果から、PyAK2、PyAK3、PyAK4 の発現は、pH ストレスに応答して有意に上昇することが明らかになり、環境変化時のエネルギー恒常性に PyAKs が関与している可能性が示唆された。以上のことから、P. yessoensisのPyAKsの包括的な解析が行われた。PyAKsの多様性とその特異的な発現パターンは、P. yessoensisの成長、発育、環境応答におけるエネルギー代謝の理解を促進するものである。

Arginine kinase (AK), an important member of the phosphokinase family, is involved in temporal and spatial adenosine triphosphate (ATP) buffering systems. AK plays an important role in physiological function and metabolic regulations, in particular tissues with high and fluctuating energy demands. In present study, four AK genes were firstly identified from Yesso scallop (Patinopecten yessoensis) genome, respectively named PyAK1-4. PyAKs have highly conserved structures with a six-exon/five-exon structure, except for PyAK3. PyAK3 contains an unusual two-domain structure and a "bridge intron" between the two domains, which may originate from gene duplication and subsequent fusion. Phylogenetic analysis showed that all PyAKs belonged to an AK supercluster together with other AK proteins from Mollusca, Platyhelminthes, Arthropoda, and Nematode. A transcriptome database demonstrated that PyAK3 and PyAK4 were the main functional executors with high expression level during larval development and in adult tissues, while PyAK1 and PyAK2 were expressed at a low level. Furthermore, both PyAK2 and PyAK3 showed notably high expression in the male gonad, and PyAK4 was broadly expressed in almost all tissues with the highest level in striated muscle, indicating a tissue-specific expression pattern of PyAKs. In addition, quantitative real-time PCR results demonstrated that the expression of PyAK2, PyAK3 and PyAK4 were significantly upregulated in response to pH stress, especially in an extremely acidifying condition (pH 6.5), revealing the possible involvement of PyAKs in energetic homeostasis during environmental changes. Collectively, a comprehensive analysis of PyAKs was conducted in P. yessoensis. The diversity of PyAKs and their specific expression patterns promote a better understanding of energy metabolism in the growth, development and environmental response of P. yessoensis.

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