アミノ酸適応変異のフィットネスランドスケープ:進化したAPC輸送体の解析

Core Concepts

アミノ酸輸送体は、単一の適応変異によって基質範囲を大幅に拡大できることが示された。これにより、生物は新しい生態的地位を探索できるようになる。

Abstract

本研究では、出芽酵母のアミノ酸輸送体AGP1とPUT4の基質適応進化を実験的に解析した。 まず、これらの輸送体が予想以上に広範な基質範囲を持つことを明らかにした。次に、Cit、Asp、Gluといった新規基質への適応を目的とした進化実験を行った。その結果、単一の変異で基質範囲が大幅に拡大することが分かった。 具体的には、AGP1のI334N、A484G、A484T変異、およびPUT4のL207S変異が、新規基質の取り込みを可能にした。一方で、これらの適応変異は元の基質の取り込みにも影響を及ぼし、基質間のトレードオフが観察された。 このように、アミノ酸輸送体は単一の変異によって基質範囲を拡大できる。これにより、生物は新しい生態的地位を探索できるようになる。本研究は、膜輸送体の進化メカニズムを解明する上で重要な知見を提供している。

Stats

AGP1変異体のCitの取り込み速度は野生型の1.9倍~3.2倍に増加した。 PUT4-Sは、Aspとglumを新規基質として取り込むようになった。 PUT4-Sは、元の基質であるAla、GABA、Glyの取り込みを低下させた。

Quotes

"単一の適応変異が十分であり、狭い基質特異性の輸送体を広範な基質特異性を持つ輸送体に進化させることができる。" "適応変異は元の基質の取り込みにも影響を及ぼし、基質間のトレードオフが観察された。" "このように、アミノ酸輸送体は単一の変異によって基質範囲を拡大できる。これにより、生物は新しい生態的地位を探索できるようになる。"

Key Insights Distilled From

Fitness landscape of substrate-adaptive mutations in evolved APC transporters

by Karapanagiot... at www.biorxiv.org 10-12-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.12.562049v4

Deeper Inquiries

新規基質への適応変異は、元の基質の取り込みにどのような影響を及ぼすのか?

AGP1およびPUT4の研究からわかるように、新規基質への適応変異は、元の基質の取り込みに異なる影響を与えます。例えば、AGP1の場合、新たな基質であるCitに対する適応変異により、元の基質に対する相対的なフィットネスが変化します。適応変異によってCitの取り込みが向上する一方で、元の基質に対するフィットネスは低下することが観察されます。AGP1-Gのような変異は、GABAなどの特定の基質に対するフィットネスを向上させる一方で、他の基質に対するフィットネスを低下させる可能性があります。したがって、新規基質への適応変異は、元の基質の取り込みにおいてトレードオフの関係を示すことがあります。