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哺乳动物角蛋白基因和适应生活在陆地或海洋上

无论是陆地还是海上,哺乳动物都生活在各种各样的保护皮中,适应各种元素,从最深的蔚蓝海洋中游泳到攀登陡峭的山峰。

现在,维也纳医科大学教授Leopold Eckhart及其同事进行了一项最大的比较基因组研究,以帮助确定皮肤蛋白中哺乳动物适应的关键分子和进化起源。

最近在“分子生物学与进化”杂志的高级在线版上出现的一项新研究中,艾克哈特的研究小组回顾了几十种哺乳动物角蛋白基因中的哪些基因是生活在陆地或海洋中所必需的。这些角蛋白基因的产物聚集在一起形成皮肤细胞中细胞骨架的大梁,称为角质形成细胞,在身体和外界之间保持紧密的屏障。

“本研究的结果提供了关于角蛋白进化的重要新数据,这些角蛋白控制着表皮的机械稳定性,即皮肤的最外层,”Eckhart说。

在陆生哺乳动物中,表皮依赖于不同的角蛋白来维持对环境的屏障并且如果皮肤受伤则再生表皮。新报告提出,完全水生哺乳动物不断使用表皮再生计划,因此只需要两组表皮角蛋白中的一种。

“令人惊讶的是,包括人类在内的陆生哺乳动物最外层皮肤的主要蛋白质在水生哺乳动物中是可有可无的,例如海豚,鲸鱼和海牛,”艾克哈特说。“值得注意的是,应激反应计划是进化创新的起点:水生哺乳动物表皮的新结构。”

海豚的表皮比正常的人类表皮厚约50倍。角蛋白K1,K2和K10已经丢失,并被海豚中的角蛋白K6和K17取代。

表皮的增厚和K6和K17的关键作用也在人皮肤伤口愈合和牛皮癣患者的皮损中发现。在这种常见的皮肤病中,迄今未知的遗传因素使皮肤细胞易于引发表皮的进化上古老的伤口愈合程序。

“在这一点上,进化生物学与皮肤病学研究相遇,我们希望这种'转化研究'将为未来患者的利益提供进一步的见解,”Eckhart说。

维也纳医科大学的研究小组还发现,由于所谓的“选择性剪接”角蛋白K10 mRNA和陆地哺乳动物中角蛋白基因组的适应性,以前低估了表皮角蛋白组成的复杂性。然而,角蛋白细胞骨架的整个重塑仅发生在完全水生哺乳动物中。

“我们的数据指出了皮肤进化的一般模式:最内层皮肤的蛋白质是最保守的,最外层的蛋白质是最多样化的,”Eckhart说。“角蛋白和其他表皮蛋白之间的相互作用需要进一步研究。随着比较基因组学和新的实验研究领域的进展,皮肤的进化将仍然是一个令人兴奋和富有成效的研究课题。”

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