ヤク、ドゾ、ウシにおける骨格筋ミトコンドリアタンパク質の発現の違い：プロテオミクスに基づく研究

Differential expression of skeletal muscle mitochondrial proteins in yak, dzo, and cattle: a proteomics-based study.

• Ling Long
• Yipan Zhu
• Zhenzi Li
• Haixia Zhang
• Lixia Liu
• Jialin Bai

抄録

低酸素環境下での自然淘汰によるヤクのミトコンドリアの変化は、低酸素環境への適応を理解するために利用できる可能性がある。そこで、ヤク、ドゾ、ウシの骨格筋ミトコンドリアのプロテオームプロファイルの違いを質量分析法で解析し、ヤクとドゾ、ヤクとウシ、ドゾとウシを比較して3つのグループに分類した。376個のユニークなミトコンドリアタンパク質が同定され、そのうちヤク-ドゾ群では192個、ヤク-ウシ群では191個、ドゾ-ウシ群では281個のタンパク質が同定された。また、NRDP1とCOQ8Aは、ヤクとドゾでは牛に比べて高発現しており、低酸素環境下でのヤクとドゾの持久力が高いことが示唆された。生物学的プロセスのGene Ontology (GO)用語は酸化還元過程に、分子機能と細胞成分のGene Ontology (GO)用語は酸化還元酵素活性とミトコンドリアにそれぞれ有意に富むことが明らかになった。Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)解析で最も有意に影響を受けた経路はパーキンソン病、ハンチントン病、酸化的リン酸化であり、ヤクウシ群とドゾウシ群では代謝経路、クエン酸塩サイクル、炭素代謝が有意に影響を受けていた。また、PPIネットワークでは、ATP合成酵素、MTHFD1、MDH2、SDHBが最も濃縮されたハブ蛋白質であった。これらの結果から、高地に生息する哺乳類は、平地に生息する哺乳類よりも優れた生体エネルギー代謝を有している可能性が示唆された。本研究で同定された主要なタンパク質は、哺乳類の高地適応を理解し、微調整するための候補タンパク質として活用される可能性がある。

Changes in yak mitochondria by natural selection in a hypoxic environment could be utilized to understand adaptation to low-oxygen conditions. Therefore, the differences in proteome profile of skeletal muscle mitochondria from yak, dzo, and cattle were analyzed by mass spectrometry, which were then classified into 3 groups, comparing between yak and dzo, yak and cattle, and dzo and cattle. 376 unique mitochondrial proteins were identified, including 192, 191, and 281 proteins in the yak-dzo, yak-cattle, and dzo-cattle groups, respectively. NRDP1 and COQ8A were expressed at higher levels in yak and dzo compared to those in cattle, indicating higher endurance capacity of yak and dzo in a low-oxygen environment. Gene Ontology (GO) terms of biological processes were significantly enriched in oxidation-reduction process, and that of molecular functions and cellular component were enriched in oxidoreductase activity and the mitochondrion, respectively. The most significantly affected pathways in Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) analysis were Parkinson's disease, Huntington's disease, and oxidative phosphorylation between the yak-cattle and dzo-cattle groups; while metabolic pathways, citrate cycle, and carbon metabolism were significantly affected pathways in the yak-dzo group. ATP synthases, MTHFD1, MDH2, and SDHB were the most enriched hub proteins in the protein-protein interaction (PPI) network. These results indicated that mammals living at high altitudes could possibly possess better bioenergy metabolism than those living in the plains. The key proteins identified in the present study may be exploited as candidate proteins for understanding and fine-tuning mammalian adaptation to high altitudes.