クロオオアリの感覚子に発現する「化学感覚タンパク質」の構造と化学分子結合特性

• Material Type: 博士論文
• Title: クロオオアリの感覚子に発現する「化学感覚タンパク質」の構造と化学分子結合特性
• Author/Editor: WEN, Duriga
• Author Heading: WEN, Duriga
• Publication Date: 2020-09-24
• Publication Date (W3CDTF): 2020-09-24
• Degree grantor/type: 室蘭工業大学
• Date Granted: 2020-09-24
• Date Granted (W3CDTF): 2020-09-24
• Dissertation Number: 甲第450号
• Degree Type: 博士（工学）
• Conferring No. (Dissertation): 甲第450号
• Text Language Code: jpn
• Alias of Author: ウェン, ドゥリガ
• NDC: 428
• Target Audience: 一般
• Note (General): application/pdf; アリやミツバチなどの社会性昆虫では、その社会を維持するために個体間の情報交換が重要な働きをしている。その様な情報交換は化学物質を介して行われ、同種間の情報交換を担う化学物質はフェロモンと呼ばれる。クロオオアリ（Camponotus japonicus）は体表をおおう種固有のクチクラ炭化水素（CHC）をフェロモンとして利用し、そのコロニー固有の混合パターンを錘状触角感覚子（S. basiconica）を使用して感知し、巣仲間かどうかを判別し、巣仲間以外を排除する行動をとる。錘状触角感覚子の内部は、感覚神経リンパで満たされ、疎水性のCHCは化学感覚タンパク質（CSP）に結合して、神経細胞受容体まで輸送されると考えられている。クロオオアリ触角のRNA解析によって12種のCSPが発現していることがわかったが、本研究では、CHCの受容に必須であるCjapCSP1と、それと同様に働きアリの触角に多く発現し、CjapCSP1と同⼀細胞で共発現しているCjapCSP13に注目して研究した。まず、CjapCSP1がCHCを結合し、運搬したのち、どの様にして神経細胞受容体にCHCを「渡す」のかについて調べた。この機構として、カイコガの運搬タンパク質では、pH変化によってタンパク質の構造が変化し、結合しているフェロモンを解離するという機構が提唱されている。そこで、CjapCSP1のpH4.0および7.0での円二色性（CD）およびX線溶液散乱を測定した。その結果、CD測定から二次構造の違いは見られないが、X線溶液散乱の結果から、pH7.0よりもpH4.0で回転半径（Rg）が5.3％（0.74Å増加）大きくなることがわかった。次に、CjapCSP1とCjapCSP13との関わりについて調べた。各タンパク質に特徴的な配列をもつペプチドを合成し、それを抗原として、特異的な抗血清を作成した。クロオオアリの触角、足、顎からの抽出物と、発現精製したCjapCSP1とCjapCSP13を用いたウエスタンブロット法により、抗体の特異性を確かめ、両タンパク質が触角にあることを確かめた。さらに、これらの特異的抗体を用いた蛍光免疫組織化学により、CjapCSP1とCjapCSP13が触角にあるが、タンパク質の存在場所が異なることを明らかにした。最後に、クロオオアリCHCの一種である (z)-9-tricoseneや他の３種類の化学物質への結合特性を調べた。両タンパク質ともに (z)-9-tricoseneに結合したが、CjapCSP13はCjapCSP1よりも強く結合し、また他の３種類の化学物質に対し異なる結合特性を示した。以上の結果より、CjapCSP1とCjapCSP13は触角の同じ細胞で生合成されるが、局在と結合特性の違いにより、CHC受容・運搬において異なる働きをしていることが示唆された。; Social insects depend on complex communication systems to maintain their societies, in which individuals may exchange information through pheromones. Ants are one such example of social insects. In many species of ants, even if they are conspecific, nestmates are clearly able to distinguish non-nestmates, which they subsequently reject. This is accomplished with cuticular hydrocarbon (CHC) blends on the ant body that are used in social pheromone nestmate recognition. The Japanese carpenter ant Camponotus japonicus uses basiconic antennal sensilla (s. basiconica) to sense colony-specific blends of species-specific CHCs, which are hydrophobic. Basiconic antennal sensilla are only observed in females and are filled with sensillar lymph. Chemosensory proteins have been shown to be major proteins that are expressed in ant antenna and are thus expected to transport CHCs to the receptor membranes of olfactory neurons. Twelve CSPs were found from the analysis of RNA expression in C. japonicus antennae. In particular, CSP1 in C. japonicus (CjapCSP1) was found to be highly expressed and has been shown to bind to 18 C. japonicus-specific CHCs. We investigated whether CSP1 represents pH-dependent changes in structure and/or ligand-affinity. In addition, we studied CjapCSP13. Both CjapCSP1 and CjapCSP13 are abundantly expressed in worker ant antennae and are coexpressed in some chemosensilla. To understand the functions of CjapCSP1 and CjapCSP13 based on their structures and their structural changes in the solution, X-ray solution scattering measurements, small angle X-ray scattering (SAXS), and wide angle X-ray scattering (WAXS) were performed. The molecular basis of CSP1 function was evaluated from its structure in solution by CD and X-ray solution scattering measurements at pH 4.0 and 7.0. Although the secondary structure did not vary, the gyration radius (Rg) was found to be 5.3% larger (0.74 Å increase) at pH 4.0 than at pH 7.0. The dissociation constant (Kd) of a fluorescent probe, 1-N-phenylnaphtylamine, for CjapCSP1 was larger at pH 4.0 than at pH 7.0, suggesting that this structural change could trigger ligand dissociation at acidic pH. In contrast to the CSP1, the Rg of CjapCSP13 was slightly smaller at pH 4.0 than at pH 7.0. Western blotting and immunohistochemistry with specific antiserums revealed that both CjapCSP1 and CjapCSP13 were detected in antenna, but differed in location. The binding characteristics to four kinds of compounds, including the ant CHCs (z)-9-tricosene, were also examined. Although both CjapCSP1 and CjapCSP13 bound to (z)-9tricosene, CjapCSP13 bound more strongly than CjapCSP1 and showed different binding properties. CjapCSP1 and CjapCSP13 are synthesized in the same cell of the antenna, but they function differently in the CHC reception due to differences in their localization and binding characteristics.
• DOI: 10.15118/00010330; https://doi.org/10.15118/00010330
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/11629895; https://dl.ndl.go.jp/pid/11629895
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2021-01-30T08:56:55+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2020-12-15
• Format (IMT): application/pdf
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://dx.doi.org/10.15118/00010330; http://hdl.handle.net/10258/00010330; https://muroran-it.repo.nii.ac.jp/records/10389
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp