主な尿タンパク質

主要尿タンパク質( Mups ) は、 α ₂ u-グロブリンとしても知られ、多くの動物の尿やその他の分泌物に豊富に含まれるタンパク質のサブファミリーです。 Mups は、受容動物の鋤鼻器官で検出されたときに、ドナー動物に関する小規模な識別情報を提供します。 Mups は、リポカリンと呼ばれるより大きなタンパク質ファミリーに属します。 Mups は、単一の DNA 領域上で互いに隣接して位置する遺伝子クラスターによってコード化されており、その数は種によって大きく異なり、マウスでは少なくとも 21 個の機能遺伝子がありますが、ヒトではまったくありません。 Mup タンパク質は特徴的な手袋の形をしており、特定の小さな有機化学物質を収容する リガンド結合ポケットを囲んでいます。

尿タンパク質は、1932年にトーマス・アディスがタンパク尿の原因を研究していたときに、げっ歯類で初めて報告されました。これらは強力なヒトアレルゲンであり、猫、馬、げっ歯類を含む多くの動物アレルギーの主因です。動物の体内での内因性機能は不明ですが、エネルギー消費の調節に関与している可能性があります。しかし、分泌タンパク質として、げっ歯類や豚ではフェロモン輸送体や安定剤として機能し、動物間の化学的コミュニケーションにおいて複数の役割を果たします。Mupは、それ自体がタンパク質フェロモンとして機能することもできます。これらはオスのマウスの攻撃性を高めることが実証されており、オスのマウスの尿中にある特定のMupタンパク質は、メスのマウスにとって性的に魅力的です。Mupは、異なる種間のシグナルとしても機能し、マウスは猫やネズミなどの捕食動物に由来するMupを検知すると、本能的な恐怖反応を示します。

健康な人間の排泄する尿には、ほとんどタンパク質が含まれていない。そのため、1827年以来、医師や科学者は、腎臓病の指標として、人間の尿中のタンパク質過剰であるタンパク尿に興味を抱いてきた。^{[注 1] [2]タンパク尿の}病因をより深く理解するために、一部の科学者は実験動物でこの現象を研究しようとした。^{[3] 1932年から1933年にかけて、}トーマス・アディスを含む多くの科学者が、健康なげっ歯類の中には尿中にタンパク質が含まれているものがあるという驚くべき発見を独立して報告した。 ^{[4] [5] [6]}しかし、マウスやラットの主な尿タンパク質が初めて詳細に説明されたのは1960年代になってからだった。^{[7] [8]}タンパク質は主に雄の肝臓で生成され、腎臓から尿に大量に（1日あたりミリグラム）排泄されることが判明した。^{[7] [8] [9]}

命名されて以来、このタンパク質は、外部環境に直接産物を分泌する他の腺でも差別的に発現していることが判明している。これらには、涙腺、耳下腺、顎下腺、舌下腺、包皮腺、乳腺が含まれる。^{[10] [11] [12]}猫や豚などの一部の種では、Mupsは尿中に全く発現せず、主に唾液中に見られる。^{[13] [14]尿中に発現するMupsを他の組織中に発現するMupsと区別するために、}尿Mups（uMups）という用語が使用されることもある。 ^[15]

1979年から1981年の間に、マウスでは15から35の遺伝子と擬似遺伝子からなる遺伝子ファミリーによって、ラットでは推定20の遺伝子によってMupがコードされていると推定されました。 ^{[16] [17] [18]} 2008年には、全ゲノムのDNA配列を解析することで、さまざまな種におけるMup遺伝子のより正確な数が決定されました。^{[1] [19]}

マウスの参照ゲノムには、少なくとも 21 個の異なる Mup 遺伝子 (オープン リーディング フレームを持つ) と、さらに 21 個の Mup 擬似遺伝子 (ナンセンス変異または不完全な遺伝子重複によってリーディング フレームが破壊された) があります。それらはすべてクラスター化しており、第 4 染色体上の 1.92メガベースの DNAにわたって並んで配置されています。21 個の機能遺伝子は、位置と配列の類似性に基づいて、6 つの周辺のクラス A Mupと 15 の中心クラス B Mupの 2 つのサブクラスに分類されています。^{[1] [20]}中心のクラス B Mup 遺伝子クラスターは、クラス A Mup の 1 つからの多数の連続した重複によって形成されました。すべてのクラス B 遺伝子は互いにほぼ同じであるため、研究者はこれらの重複はマウスの進化においてごく最近に発生したと結論付けています。実際、これらの中心 Mup 遺伝子の反復構造は、それらが不安定である可能性が高く、野生マウス間で数が異なる可能性があることを意味しています。 ^[20]クラスAのMupは互いに大きく異なっており、したがってより安定した古い遺伝子である可能性が高いが、クラス間に機能的な違いがあるかどうかは不明である。^[1]遺伝子間の類似性により、現在のDNA配列決定技術を使用してこの領域を研究することは困難である。その結果、Mup遺伝子クラスターは、マウスの全ゲノム配列でギャップが残っている数少ない部分の1つであり、さらに遺伝子が発見されていない可能性がある。^{[1] [20]}

ラットの尿にも相同尿タンパク質が含まれています。これらはもともとα2uグロブリンという別の名前で呼ばれていましたが_、 [ 8 ^{] [9]}以来ラットMupとして知られるようになりました。^{[21] [22]}ラットには9つの異なるMup遺伝子と、さらに13の擬似遺伝子があり、5番染色体上の1.1メガベースのDNAにわたってクラスター化しています。マウスと同様に、クラスターは複数の重複によって形成されます。ただし、これはマウスの重複とは独立して発生したため、両方のげっ歯類種が別々に、しかし並行してMup遺伝子ファミリーを拡大したことを意味します。^{[1] [23]}

研究対象となったブタ、ウシ、ネコ、イヌ、ブッシュベビー、マカク、チンパンジー、オランウータンなど、他のほとんどの哺乳類は、単一の Mup 遺伝子を持っています。しかし、中には遺伝子の数が多いものもあり、ウマは 3 つの Mup 遺伝子を持っており、ハイイロネズミキツネザルは少なくとも 2 つ持っています。昆虫、魚、両生類、鳥、有袋類は、Mup 遺伝子クラスターの染色体位置でシンテニーが破壊されているようで、この遺伝子ファミリーは胎盤哺乳類に特有である可能性があります。 ^[1]ヒトは、活性 Mup 遺伝子を持たないことがわかっている唯一の胎盤哺乳類です。代わりに、ヒトは単一の Mup 擬似遺伝子を持っており、この遺伝子には、ミススプライシングを引き起こす突然変異が含まれており、機能不全になっています。^[1]

Mups は、リポカリンとして知られる低分子量(~19  kDa ) タンパク質の大きなファミリーのメンバーです。^[25]これらは、片面が開いた反平行のβ バレルに8 つのβ シートが配置された特徴的な構造を持ち、両端にα ヘリックスがあります。 ^[25]その結果、特徴的な手袋の形を形成し、小さな有機化学物質を高い親和性で結合するカップ状のポケットを囲みます。 ^{[1] [26]}これらのリガンドの多くは、2-sec-ブチル-4,5-ジヒドロチアゾール(SBT または DHT と略記)、6-ヒドロキシ-6-メチル-3-ヘプタノン(HMH)、2,3-ジヒドロ-エキソ-ブレビコミン (DHB) など、マウス Mups に結合します。^{[27] [28] [29]これらはすべて尿に特有の化学物質であり、}フェロモンとして作用することが示されている。フェロモンとは、ある個体から排出される分子シグナルで、同種の別の個体に生来の行動反応を引き起こす。 ^{[27] [30]マウスのMupはフェロモン安定剤として機能することも示されており、雄の}尿の匂いマークにおける揮発性フェロモンの効力を延長する徐放機構を提供する。^[31]げっ歯類のMupの多様性を考えると、異なるMupは異なる形状の結合ポケットを持ち、したがって異なるフェロモンに結合する可能性があると当初は考えられていた。しかし、詳細な研究により、ほとんどの可変部位はタンパク質の表面にあり、リガンド結合にはほとんど影響を及ぼさないことが判明した。^[32]

ラットのMupは様々な小さな化学物質と結合する。最も一般的なリガンドは1-クロロデカンで、 2-メチル-N-フェニル-2-プロペナミド、ヘキサデカン、2,6,11-トリメチルデカンはあまり目立たないことが分かっている。^{[33]ラットのMupは}リモネン-1,2-エポキシドにも結合し、宿主の腎臓に硝子滴腎症という病気を引き起こし、これが癌に進行する。他の種ではMupがその特定の化学物質に結合しないため、この疾患は発症しない。 ^[34]したがって、ラットのMupを発現するように遺伝子組み換えマウスを操作したところ、腎臓で病気が発症した。^{[35]豚に見られる}唾液リポカリン（SAL） と呼ばれるMupは、雄の唾液腺で発現し、雌豚に交尾姿勢を取らせるフェロモンであるアンドロステノンとアンドロステノールに強く結合する。^{[1] [14]}

Mups および関連するリガンド (ピラジン、^{[36] [37]}アルコール、^{[38] [39]}チアゾリン、^{[40] [28]} 6-ヒドロキシ-6-メチル-3-ヘプタノン、^[41]および N-フェニルナフチルアミン、[ ^{42] [43]} ) を用いて行われた等温滴定熱量測定研究により、異常な結合現象が明らかになった。活性部位は最適に水和されていないことがわかり、その結果、リガンドの結合はエンタルピー 分散力によって駆動される。これは、水分子の再編成によるエントロピー駆動の結合力を示す他のほとんどのタンパク質とは対照的である。この異常なプロセスは、非古典的な疎水効果と呼ばれている。^[43]

研究では、フェロモンコミュニケーションにおけるMupの正確な機能を見つけようとしてきた。Mupタンパク質は、メスのマウスの思春期を促進し、発情周期を早め、ヴァンデンバーグ効果とウィッテン効果を誘発することが示されている。^{[38] [44]}しかし、どちらの場合も、Mupはオスの尿に溶かしてメスに与える必要があり、タンパク質が機能するには何らかの尿の状況が必要であることを示している。2007年に、オスのマウスの尿に通常含まれるMupがトランスジェニック細菌で作られ、そのため通常結合する化学物質が欠如した状態で作成された。これらのMupは、尿がなくても、オスの攻撃行動を促進するのに十分であることが示された。 ^[19]さらに、細菌で作られたMupは、マウスとラットの特定の感覚受容体を介してフェロモンを感知することが知られている鼻のサブシステムである鋤鼻器官（VNO）の嗅覚感覚ニューロンを活性化することが判明した。^{[19] [45]}これらを合わせると、Mupタンパク質はリガンドとは独立してフェロモンとして作用できることが実証された。^[46]

雄同士の攻撃性に関与していることと一致して、成体の雄マウスは、雌、幼若または去勢された雄マウスよりも尿中に有意に多くの Mup を排泄する。この性差を引き起こす正確なメカニズムは複雑であるが、少なくとも 3 つのホルモン、すなわちテストステロン、成長ホルモンおよびチロキシンが、マウスの Mup 産生にプラスの影響を与えることが知られている。^[47]野生のハツカネズミの尿には、マウス 1 匹あたり 4 ～ 7 種類の異なる Mup タンパク質のさまざまな組み合わせが含まれている。^[48] BALB/cやC57BL/6などの一部の近親交配された実験用マウスの系統でも、尿中に異なるタンパク質が発現している。^[20]しかし、野生のマウスとは異なり、同じ系統の異なる個体が同じタンパク質パターンを発現しており、これは何世代にもわたる近親交配の産物である。 [ ^{49] [50]} 1 つの珍しい Mup は他の Mup よりも変動が少なく、これは高い割合で野生の雄マウスによって一貫して産生され、雌の尿中にはほとんど見つからない。このMupをバクテリアで作り、行動試験に使用したところ、メスのマウスを引き付けることがわかった。他のMupも試験されたが、同じ魅力はなかった。これは、オスに特有のMupが性フェロモンとして作用することを示唆している。^{[51]科学者たちは、}高慢と偏見のロマンチックなヒーロー、フィッツウィリアム・ダーシーにちなんで、このMupをダルシン（Mup20、Q5FW60 ）と名付けた。^{[52] [53]総合すると、生成されたMupの複雑なパターンは、}性別、繁殖力、社会的優位性、年齢、遺伝的多様性、血縁関係など、ドナー動物に関するさまざまな情報を提供できる可能性がある。^{[19] [54] [55]}野生のマウス（遺伝的に同一で、尿中に同一のMupパターンを持つ実験用マウスとは異なり）は、尿中にMup発現の個別のパターンを持ち、それが「バーコード」として機能し、匂いのマークの所有者を一意に識別する。^[54]

ハツカネズミでは、主要なMUP遺伝子クラスターが遺伝的同一性の高度に多型の匂い信号を提供している。半自然の囲いの中で自由に繁殖する野生マウスは近親交配の回避を示した。この回避は、両方のMUPハプロタイプ（完全一致）を共有するマウス間の交配の成功率の大幅な低下から生じた。^[56]別の研究では、シロアシネズミを使用し、野生個体群由来のマウスが近親交配された場合、そのようなマウスを自然の生息地に再導入すると生存率が低下することがわかった。^{[57]これらの知見は、近親交配が適応度を低下させ、}近親交配弱勢を 回避する手段としてマウスの匂い信号認識が進化したことを示唆している。

同種間での社会的合図として機能することに加えて、Mupはカイロモン（種間で情報を伝達する化学信号）として機能することができる。^{[58] [59] [60]マウスは猫やネズミなどの}天敵の匂いを本能的に恐れる。これは何百世代にもわたって天敵から隔離された実験用マウスでさえ起こる。^[61]恐怖反応の原因となる化学合図を猫の唾液とネズミの尿から精製したところ、2つの相同タンパク質信号が同定された。猫のMup遺伝子の産物であるFel d 4（ Felis domesticusアレルゲン4、Q5VFH6）と、ラットのMup13遺伝子の産物であるRat n 1（Rattus norvegicusアレルゲン1、P02761）である。^[59]マウスは細菌で作られたものであってもこれらのMupを恐れますが、Mupを検出できない突然変異動物はネズミを恐れないことから、恐怖行動の開始におけるMupの重要性が実証されています。^{[58] [62]}異なる種のMupがどのように異なる行動を開始するかは正確にはわかっていませんが、マウスMupと捕食者Mupは、受容体マウスの鼻にある感覚ニューロンの独特なパターンを活性化することが示されている。これは、マウスがそれらを異なる神経回路を介して異なって認識することを示唆しています。^{[58] [59]} Mupの検出を担うフェロモン受容体も不明ですが、 V2R受容体クラスのメンバーであると考えられています。^{[19] [59]}

リポカリンタンパク質ファミリーの他のメンバーとともに、主要な尿タンパク質はヒトに対する強力なアレルゲンとなり得る。^[64]理由は不明であるが、 Mupと構造的に類似したヒトリポカリンとの間の分子模倣が可能性のある説明として提案されている。^{[65]マウス}Mup6およびMup2遺伝子のタンパク質産物（マウスMUP間の類似性のため以前はMup17と間違えられていた）はMus m 1、Ag1またはMA1として知られ、^[66]マウス尿のアレルギー特性の多くを説明する。^{[1] [67]}このタンパク質は環境中で極めて安定しており、研究によると、米国の都心部の住宅の95％とあらゆる種類の住宅の82％で、少なくとも1つの部屋で検出可能なレベルであることがわかっている。^{[68] [69]}同様に、Rat n 1もヒトのアレルゲンとして知られている。^[64]米国の調査では、都心部の住宅の33％にこのアレルギー物質が存在し、居住者の21％がアレルギー物質に感作されていた。^[70]げっ歯類のMupタンパク質への曝露と感作は小児喘息の危険因子であると考えられており、実験動物技術者や科学者の職業病である実験動物アレルギー（LAA）の主な原因である。^{[71] [72] [73] [74]}ある調査では、動物に対して喘息反応を起こした実験室労働者の3分の2がRat n 1に対する抗体を持っていたことがわかった。^[75]

他の哺乳類のMup遺伝子もアレルギー性タンパク質をコードしており、例えばFel d 4は主に顎下唾液腺で生成され、猫が毛づくろいをする際にフケに付着する。ある研究では、猫アレルギー患者の63%がこのタンパク質に対する抗体を持っていることがわかった。ほとんどの患者は、別の主要な猫アレルゲンであるFel d 1よりもFel d 4に対する抗体価が高かった。^[13]同様に、Equ c 1（Equus caballusアレルゲン1; Q95182）は、肝臓、舌下および顎下唾液腺に存在する馬Mup遺伝子のタンパク質産物である。 ^{[1] [76]}これは、馬アレルゲンに慢性的にさらされている患者の抗体反応の約80%を占めている。^[76]

他の動物から排出される Mups の検出はよく研究されているが、産生動物における機能的役割は明らかではない。しかし、2009 年に、Mups はマウスのエネルギー消費の調節に関連していることが示された。科学者らは、遺伝的に誘導された肥満の糖尿病マウスは、痩せた兄弟よりも30 倍少ない Mup RNA を産生することを発見した。 ^[77]これらのマウスの血流に Mup タンパク質を直接送達したところ、エネルギー消費、身体活動、体温が増加し、それに応じて耐糖能障害とインスリン抵抗性が減少した。彼らは、Mups のエネルギー代謝に対する有益な効果は、骨格筋のミトコンドリア機能を高めることによって生じると提案している。^[77]別の研究では、食事誘発性肥満マウスで Mups が減少していることが判明した。この場合、マウスの血流中の Mups の存在は、肝臓での遺伝子発現を直接阻害することで、グルコース産生を制限した。 ^[78]

• 昆虫攻撃フェロモンであるシス-バクセニルアセテート
• 主要組織適合性複合体、ペプチドはマウスの個体認識にも関与している
• 肝臓で生成・分泌されるタンパク質

ウィキメディア・コモンズには、主要尿タンパク質またはα-2u-グロブリンに関連するメディアがあります。

• げっ歯類の匂い、なぜファイル - ニュースの背後にある科学
• YouTubeの「捕食者からの恐怖信号」、MUPS がカイロモンであると判定した研究を説明するビデオ