哺乳動物角蛋白基因及其對陸地或海洋生物的適應

無論是在陸地上還是在海上，哺乳動物都生活在各種保護皮中，適應各種環(huán)境，在最深的藍色海洋中游泳，攀登陡峭的山峰。

現(xiàn)在，維也納醫(yī)科大學教授利奧波德愛克哈特和他的同事們進行了最大規(guī)模的比較基因組研究，以幫助確定皮膚蛋白質(zhì)中哺乳動物適應和進化起源的關鍵分子。

在最近發(fā)表在《分子生物學與進化》雜志高級在線版上的一項新研究中，埃克哈特的研究團隊回顧了幾十種哺乳動物角蛋白基因中哪些是陸地或海洋生物所必需的。這些角蛋白基因的產(chǎn)物聚集在一起，形成皮膚細胞中細胞骨架的骨架，稱為角質(zhì)細胞，它在身體和外界之間保持著緊密的屏障。

“這項研究的結果為角蛋白的進化提供了重要的新數(shù)據(jù)，角蛋白控制著表皮，也就是皮膚最外層的機械穩(wěn)定性，”愛克哈特說。

在陸生哺乳動物中，表皮依賴于不同的角蛋白來維持對環(huán)境的屏障，如果皮膚受傷，表皮會再生。根據(jù)新的報告，完全水生的哺乳動物不斷使用表皮再生計劃，因此只需要兩組表皮角蛋白中的一組。

埃克哈特說：“令人驚訝的是，包括人類在內(nèi)的陸地哺乳動物最外層皮膚的主要蛋白質(zhì)在海豚、鯨魚和海牛等水生哺乳動物中是可有可無的?！爸档米⒁獾氖?，應激反應計劃是進化創(chuàng)新的起點：水生哺乳動物表皮的新結構?！?

海豚的皮膚比正常人的皮膚厚50倍左右。角蛋白K1、K2和K10在海豚體內(nèi)已經(jīng)丟失，被角蛋白K6和K17取代。

表皮增厚以及K6和K17在人體皮膚傷口愈合和銀屑病患者皮損中的關鍵作用也被發(fā)現(xiàn)。在這種常見的皮膚病中，迄今未知的遺傳因素使皮膚細胞容易觸發(fā)表皮進化上古老的傷口愈合過程。

愛克哈特說：“在這一點上，進化生物學遇到了皮膚病學研究，我們希望這種‘轉(zhuǎn)化研究’將為未來患者的興趣提供進一步的見解。

維也納醫(yī)科大學的研究團隊還發(fā)現(xiàn)，由于所謂的“選擇性剪接”角蛋白K10 mRNA和角蛋白基因組在陸生哺乳動物中的適應性，表皮角蛋白組成的復雜性此前被低估。然而，角蛋白細胞骨架的整個重塑僅發(fā)生在完全水生的哺乳動物中。

愛克哈特說：“我們的數(shù)據(jù)指出了皮膚進化的一般模式：最內(nèi)層皮膚的蛋白質(zhì)最保守，最外層皮膚的蛋白質(zhì)最多樣。“角蛋白和其他表皮蛋白之間的相互作用需要進一步研究。隨著比較基因組學和新的實驗研究領域的發(fā)展，皮膚的進化將仍然是一個令人興奮和富有成效的研究課題?！?

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