◆发表要点
·哺乳动物的潜水能力取决于在肌肉中有贮藏氧气作用的肌红蛋白（Mb）的蛋白质量，潜水哺乳动物的肉比陆生动物的肉颜色深，是因为肌肉中的Mb浓度高。
·潜水哺乳动物鲸鱼和海豹是从大约三千万到五千万年前生活在陆地上的四足动物进化而来的。
·利用现有生物的基因组信息分析和基因工程，成功复原灭绝的祖先海豹的Mb。
·通过将海豹Mb的进化过程与以前阐明的鲸鱼Mb的进化进行比较，明确了潜水哺乳类Mb的共通进化战略和海豹独自的战略。
·通过应用潜水哺乳类Mb在细胞中具有高浓度存在的机制，可以期待高品质生物医药品的低成本生产。

富山县立大学工学部医药品工学科矶贝泰弘教授、立命馆大学生命科学部应用化学科今村比吕志助教、冈山大学异领域基础科学研究所墨智成副教授、长浜生物大学生物科学系白井刚教授等研究小组成功地还原和合成了多个祖先海豹Mb。对合成的祖先和现存海豹Mb的构造和生物化学性质进行分析，通过比较以前阐明的鲸鱼Mb的进化，明确了潜水哺乳类共通的Mb的进化和海豹独自进化的道路。
根据古生物学的化石研究，包括鲸鱼和海豹在内的海栖哺乳类（海兽），从曾经生活在陆地上的四足动物祖先经过数千万年的岁月进化而来，在海洋中获得了深度超过千米的高潜水能力（图1）。另一方面，根据现有哺乳类的生物化学分析，在潜水能力高的海兽的肌肉组织中，有一种叫做肌红蛋白（Mb）的红色素蛋白质与陆栖动物相比溶入了数倍到数十倍的高浓度。Mb及其同缘蛋白质（珠蛋白）是从微生物到昆虫、软体动物、脊椎动物、植物等各种各样的生物种类中，根据这些细胞内环境，与分子状氧（O2）进行可逆的结合解离反应的呼吸蛋白质。本研究通过对现存生物由来的珠蛋白的氨基酸排列的统计分析和基因工程、生物化学、构造生物学实验，追寻从陆栖动物进化而来的海豹Mb的进化轨迹（图2），研究鲸鱼Mb的进化（Isogai et al., Scientific Reports 8:16883, 2018; 北日本新闻2018年11月16日新闻）等比较，阐明了潜水哺乳动物Mb共通的分子进化和海豹独自进化的结构。具体来说，两个Mb在进化过程中在细胞内的环境中很难沉淀并发生变化，同时提高了构造稳定性，变得很难损坏。另一方面，海豹和鲸鱼获得这种结构稳定性的机制不同（图3）。

以抗体医药为首的生物医药品，作为癌症和风湿病的特效药被期待，但是作为药效成分的蛋白质不稳定，溶解度低，生产上花费很大的成本，这成为了社会问题。通过应用本研究的成果，可以期待以低价格提供的生物医药品的开发。本研究成果是2021年8月20日美国科学杂志《iScience》的在线版https://www.cell.com/iScience）公开。

■论文信息
论文名：Common and unique strategies of myoglobin evolution for deep sea adaptation of diving mammals

刊登： iScience
作者：矶贝泰弘（富山县立大），今村比呂志（立命馆大），中江摂（长浜生物大），墨智成（冈山大），高桥健一（长浜生物大），白井　刚（长浜生物大）
D O I： https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102920

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