構造生物学：感覚の特殊化がタコとイカの行動を駆動する

新しい形質の進化は、新しい生態学的および行動的ニッチへの拡大を可能にする。それにもかかわらず、タンパク質の構造の分岐、機能、系統特異的な行動の間の関係で実証されているものはわずかである。本論文で我々は、タコとイカはどちらも、頭足類固有の化学触覚受容体（CR）を用いてそれぞれの海洋環境を感知するが、これらの受容体の構造的適応は、異なる生理的役割に適した特定の分子の知覚を支えていることを示す。イカでは類縁のニコチン性アセチルコリン受容体により近似した進化的に古いCRが発現されているのに対して、タコではより最近に起きたCRの多様化が見られ、これはタコがより精巧な「触ることで味を知る」感覚系を持つことと一致する。我々は、遺伝学的プロファイリング、生理学的解析、行動解析を組み合わせて用い、イカCRの始祖メンバーを特定し、これが待ち伏せ捕食と関連する可溶性苦味分子を検出することを明らかにした。イカCRのクライオ電子顕微鏡構造を決定し、これをタコのCRおよびニコチン受容体と比較した。これらの解析から、可溶性の神経伝達物質や味物質と適合する祖先型の芳香族「ケージ」から、不溶性分子を捕獲して接触依存的な化学感覚を仲介する、より新しいタコCRの疎水性結合ポケットへの進化的移行が明らかになった。従って、我々の研究は、タンパク質構造の適応が生物の形質や行動の多様化を促す仕組みを理解するための基礎を提供する。

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