リフレクティン

リフレクチンは、Euprymna scolopesやDoryteuthis opalescensなどの特定の頭足動物によって進化した、本質的に無秩序なタンパク質のファミリーであり、虹色のカモフラージュとシグナル伝達を生み出します。最近特定されたタンパク質ファミリーは、芳香族および硫黄含有アミノ酸が豊富で、特定の頭足動物が周囲の入射光を屈折させるために利用します。^[1]リフレクチンタンパク質は、生物の動的な色素沈着と虹色を担っています。このプロセスは可逆的な特性があるため「動的」であり、リフレクチンはカモフラージュや警告信号の送信などの外部要因に応じて生物の外観を変えることができます。

リフレクチンタンパク質は、生物の色素細胞（クロマトサイトとも呼ばれる）を囲む「鞘細胞」と呼ばれる細胞の外層に分布していると考えられます。^[2]リフレクチンの特定の配列により、頭足動物は色と反射率を調整してコミュニケーションやカモフラージュを行うことができます。^[3]

リフレクチンは、酵素をコードすることによって遺伝物質内の位置を変更できる DNA 配列である、ある種のトランスポゾン(通称ジャンピング ジーン) に由来すると推定されています。エンコードされた酵素は、トランスポゾンをゲノム内のある場所から切り離し、別の場所に連結 (結合) します。トランスポゾンの「ジャンプ」によって突然変異が発生または逆転し、細胞の遺伝的アイデンティティが変わり、新しい特性が生じることがあります。このプロセスは、「カット アンド ペースト」メカニズムと考えることができます。トランスポゾンがゲノムに適応し、アイデンティティをすばやくシフトする能力は、リフレクチンの挙動に非常によく似た特性です。

もう一つの祖先は共生関係でよく見られる発光細菌である共生ビブリオ ・フィシェリ（別名アリイビブリオ・フィシェリ）である可能性がある。リフレクチンとビブリオ・フィシェリは生物に虹色の外観を与えるなどの類似した機能を共有しているため、ビブリオ・フィシェリと同様にリフレクチンも共生関係にあり、頭足動物が環境と相互作用するために使用していると考えられている。^{[4] [5]}

リフレクチンは、保存されたアミノ酸配列で構成された無秩序なタンパク質です。各配列には、標準アミノ酸と硫黄含有アミノ酸の組み合わせが含まれています。基本構造は推測できますが、正確な分子構造はまだ決定されていません。リフレクチンの光相互作用特性は、その整然とした階層構造と水素結合に起因すると考えられます。^{[6] [7] [8]}

リフレクチンは、細胞膜の陥入によって形成されるブラッグ反射体の大部分を占める。ブラッグ反射体は、虹彩細胞と呼ばれる種類の皮膚細胞の色を反射する役割を担っている。反射体は、膜に結合した組織の薄い層である周期的に積み重ねられたラメラで構成される。多くの種によって反射される光の色と明るさは、ブラッグラメラの厚さ、間隔、屈折率（光が膜を通過する速度）によって決まる。^[9]膜の厚さが変化すると、ブラッグラメラから水が流出し、本質的に脱水し、屈折率が増加し、厚さと間隔が減少する。その結果、ブラッグラメラからの反射率が増加し、反射光の色が変化する。この変化により、最初は透明だった細胞の明るさがさらに増加する。^[8]

リフレクチンは、シグナルから情報を受け取り、頭足類の細胞内構造の浸透圧を微調整する継続的なプロセスを行うことができます。この継続的なプロセスは、光子挙動を制御するために、つまり、生物がどのように色を変えるかを制御するために使用されます。リフレクチンの成分は非常に強い正電荷を帯びています。神経信号は、リフレクチンに負電荷を追加する色素含有細胞である虹色素胞細胞（クロマトフォアとも呼ばれる）に送信されます。電荷のバランスが取れた状態で、タンパク質は折りたたまれて粘着性の表面を露出し、反射分子が凝集します。このプロセスは、細胞壁の膜の流体圧を変更するのに十分なリフレクチンタンパク質が蓄積されるまで繰り返されます。水が逃げるにつれて膜の厚さが減少し、反射される光の波長が変化するプロセスです。^[2]生物の膜をさまざまな波長を反射するように適応させることにより、反射により頭足類は赤、黄、緑、青のさまざまな色にシフトし、投影される色の明るさを調整できます。^{[10] [11] [12] [13]}

• ICB（共同バイオテクノロジー研究所）の研究チームは、リフレクチンの組み立てを電気的に微調整できることを発見し、リフレクチンに似たタンパク質機械を制御する新しいアプローチを示唆している^[14]リフレクチンの組み立てを電気的に微調整することによる生物-非生物操作
• カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究者は、リフレクチンによって制御される変換に類似したメカニズムに基づいて、分子工学に影響を及ぼす可能性があります。リフレクチンに関する発見は、アルツハイマー病の治療への道を示す可能性もあります。リフレクチンが使用するプロセスは、アルツハイマー病やパーキンソン病などのタンパク質関連疾患の進行中に脳内でタンパク質が集合するときに見られるプロセスに似ています。脳に損傷を与える病理をどのように逆転させるかを理解します。
• 研究者らは、リフレクチンタンパク質が使用する可逆的なメカニズムを再現することで、動的な生きたヒト細胞や組織を開発できる可能性があると考えている。これらの発見は、材料科学やバイオエンジニアリングで使用されるバイオフォトニクスツールの開発に応用できる可能性がある^[15]ヒト細胞の光工学
• リフレクチンの頭足動物をカモフラージュする機能に基づいて、研究者は、ヒトの神経細胞と前駆細胞の成長に使用できる材料を作成できると考えています。^[16]リフレクチンを神経幹細胞の成長の材料として使用する

リフレクチンは哺乳類細胞内で異種発現され、屈折率を変化させる。^[17]