果実バエの行動と健康におけるTbhの役割
チラミン-β-ヒドロキシラーゼは、ショウジョウバエのオクトパミンの生成と行動にとって重要だよ。
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果物バエのオクトパミン作動系は、エネルギー使用や行動など、さまざまな身体機能を調整するのに重要な役割を果たしてるよ。このシステムの重要な部分が、チラミン-β-ヒドロキシラーゼ(Tbh)って酵素で、チラミンをオクトパミンに変えるのを助けるんだ。この酵素は行動の調整と健康の維持の両方に重要なんだ。
Drosophila melanogasterにおけるTbhの重要性
Drosophila melanogaster、つまり普通の果物バエは、神経学的および行動機能を研究するためのモデル生物として役立ってる。Tbhはオクトパミンを作るのを助ける酵素で、果物バエのいくつかのプロセスにとって重要なんだ。哺乳類では、ドーパミン-β-ヒドロキシラーゼ(Dbh)という似たような酵素がドーパミンをノルアドレナリンに変えて、果物バエのオクトパミンと似た役割を果たしてる。
Tbhに関する変異体研究
オクトパミンの役割を調べるために、研究者たちはP-エレメント切除変異誘発法を使って、この神経伝達物質が欠けた変異果物バエを作ったんだ。特に注目される変異体がTbhnM18で、これはオクトパミンのレベルがめちゃくちゃ低くて、チラミンのレベルが通常の果物バエの約10倍も高いんだ。研究によると、Tbhはメスの繁殖力に必要で、さまざまな行動にも関与してるんだ。
Tbh変異体の行動分析
研究者たちは、オクトパミンが欠けてる成虫バエは速く走れるけど、挑戦やチャンスに反応して動き出すのが苦手だって観察したんだ。例えば、これらの変異体は危険が迫ったときに飛び去る傾向が低くて、砂糖が出されたときに口吻を伸ばすことも少ないんだ。でも、一旦反応すると、普通のバエと似たように振る舞うよ。
エタノールは動きを促進する物質で、バエがエタノールにさらされると、通常は嗅覚スタートル反応っていうのを示して、活動が増えるんだ。でも、TbhnM18変異体ではこの反応が弱いことがわかって、オクトパミンの重要性が再確認されたんだ。でも、エタノールに長くさらされると、これらの変異体は活動が増えるので、時間をかけて適応できることを示してる。
バエの耐性発達
バエはエタノールみたいな物質に繰り返しさらされると、耐性が発達することが多いんだ。TbhnM18変異体は最初、普通のバエに比べて耐性が低いけど、何回かさらされるうちに同じレベルに達するんだ。これは時間をかけて適応できることを示唆してるけど、そのプロセスには時間がかかるんだ。
研究者たちはTbhが細胞プロセスにどう関与しているかも調べた。RT-PCRのような技術を使ってTbh遺伝子を分析した結果、Tbhの複数の転写物やスプライス変異体を発見して、その発現の複雑な調整を示したんだ。さらに、その機能を探るために、異なる方法を使って新しいTbh変異体を作ったんだ。
新しい変異体の作成
TbhDel3変異体はFLP/FRT組換えっていうプロセスで作成されて、遺伝子の一部が大幅に削除されたんだ。この新しい変異体には、Tbh遺伝子の重要な部分を含む9.2 kbの削除があった。研究者たちは、この新しい変異体がTbhnM18変異体と同様の行動や耐性の特性を示すかどうかを分析したんだ。
エタノール感受性の評価
科学者たちは、新しく作成した変異体のエタノール感受性や耐性をコントロールと比較してテストしたんだ。TbhDel3とTbhnM18の両方の変異体は耐性が低いことを示して、Tbhがバエのエタノールに対する反応を管理するのに重要であることを示してる。
変異体の動きの評価
動きに関するさらなる研究では、Tbh変異体(TbhnM18やTbhDel3を含む)は普通のバエに比べて動きが遅くなる傾向があることがわかったんだ。特定のストレッサー、例えば塩にさらされると、これらの変異体は速度を劇的に上げることができるので、運動能力が根本的に損なわれているわけじゃなくて、特定の刺激を必要とするかもしれないんだ。
神経活動とTbh
研究者たちは特定の神経細胞でTbhの発現を回復させることで、エタノールに対する耐性を開発するのに必要な脳細胞を特定できたんだ。Gal4ドライバーみたいな新しい研究ツールを使って、これらの特定の神経細胞をマークしたんだ。これらの神経細胞でTbhを発現させることで、変異体の耐性低下が回復したんだ。
結論
この研究は、Tbhがオクトパミンの合成だけでなく、行動の管理や環境の変化への適応にも重要な役割を果たしてることを示してるんだ。さまざまなTbhアイソフォームが異なる細胞で発現して、神経伝達物質合成の機能的多様性を生んでる。Tbhの活動はさまざまな要因に影響される可能性があって、バエや他の動物が環境ストレスに対する反応を管理する背後にある複雑なメカニズムを示唆してる。
この知識は神経伝達物質システムがどう機能するかを理解するのに役立つし、他の種、特に人間のようなシステムにも光を当てるかもしれないんだ。今後の研究は、Tbhの行動や生理学に対する幅広い影響をさらに調べ続ける予定だよ。
タイトル: The Drosophila tyramine-beta-hydroxylase gene encodes multiple isoforms with different functions
概要: The Tyramine-beta-hydroxylase (Tbh) is required for octopamine synthesis. To better understand the function of Tbh in neurotransmitter synthesis, we analyzed the molecular genetic organization of the Drosophila melanogaster Tbh gene and found that the Tbh gene encodes multiple transcripts. The transcripts differ in their 5UTR, which results in proteins that differ in their size and putative phosphorylation sites, suggesting that the Tbh function is regulated at translational and posttranslational levels. We generated a new Tbh mutant - TbhDel3 - using FLP/FRT recombination mutagenesis to remove the translational start site still that is present in TbhnM18mutants. The TbhDel3 mutants share ethanol tolerance and larval locomotion defects with the TbhnM18 mutants. But, they differ in terms of their cellular stress response. To develop normal levels of ethanol tolerance, Tbh is required in a subset of Tbh expressing neurons in the adult brain, which was identified using a newly generated Tbh-Gal4 driver. Taking advantage of a newly generated Tbh antibody serum, we show that one Tbh isoform is expressed in a group of peptidergic Hugin-positive and noradrenergic neurons uncoupling Tbh function from octopamine synthesis. The existence of different functional Tbh isoforms impacts our understanding of the regulatory mechanisms of neurotransmitter synthesis and the function of the octopaminergic neurotransmitter system in cellular processes and the regulation of behavior. Author SummaryVertebrates and insects have structurally identical signaling molecules in their nervous system, such as the neurotransmitter dopamine. But, there are also neurotransmitters that are thought to only occur in the vertebrate or insect brain. Noradrenaline is one such neurotransmitter that regulates flight and fight responses in vertebrates. In insects such as the fruit fly Drosophila melanogaster, the structurally very similar neurotransmitter octopamine is considered to be an invertebrate-specific neurotransmitter that performs similar functions to noradrenaline. The functional similarities also extend to enzymes required for synthesis. Our analysis shows that the enzyme for octopamine synthesis exists in several variations and that the connection between the enzymes and the synthesized neurotransmitter may not be as simple as presumed. Exploiting molecular, behavioral and neuroanatomical studies, we show that different variants might be used in response to different environmental conditions and/or the synthesis of alternative, structurally similar neurotransmitters, such as noradrenaline. These results challenge our view on the functions of octopamine and noradrenaline in the regulation of behavior.
著者: Henrike Scholz, M. Ruppert, S. Hampel, N. Sambrani, O. Cibik, G. Classen, A. Duenisch, C. Fuchs, T. Kell, S. Paluri
最終更新: 2024-06-11 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.10.598396
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.10.598396.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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