コウモリの冬眠へのフェニルアラニンとチロシン異化経路の適応

一部の哺乳類は、過酷な環境に応じて冬眠します。冬眠哺乳類はタンパク質を代謝する可能性がありますが、冬眠中に一般的に活性化される窒素代謝経路は完全に特徴付けられていません。アミノ酸保存の仮説とは対照的に、フェニルアラニンとフマリルラセトアセターゼ（FAH）、フェニルラニンとフェニルラニンとフェニルラニンとフマリルラセトアセターゼ（FAH）を含む5つの重要な酵素のうち3つとして、アミノ酸代謝の証拠が発見されました。チロシン異化は、2つの遠い関連するコウモリ種、Myotis rickettiとRhinolophus ferrumeumequinumで冬眠中に共同制御されました。さらに、これらのコウモリの肝臓のフェニルアラニンのレベルは、冬眠中に有意に減少しました。フェニルアラニンとチロシンは両方ともグルコジェニックでケトジェニックであるため、これらの結果はエネルギー供給におけるこの異化経路の役割を示しています。これら2つのアミノ酸の異化の欠陥は、毒性代謝物の蓄積を引き起こす可能性があるため、これらの結果は冬眠中のこれらの酵素の解毒の役割も示唆しています。非ヒベネーターよりも冬眠因子よりもPAH、HPD、およびHGDに対するより高い選択的制約が観察され、ハイバーネーターは、非ヒレナイターよりもこれらの酵素のそれぞれでより保存されたアミノ酸残基を持っていました。これらの保存されたアミノ酸残基は、ほとんどが酵素の構造と活性に重要な位置に位置しています。まとめると、この研究の結果は、窒素代謝と、BAT冬眠中の有害な代謝産物の除去に関する新しい洞察を提供します。

Some mammals hibernate in response to harsh environments. Although hibernating mammals may metabolize proteins, the nitrogen metabolic pathways commonly activated during hibernation are not fully characterized. In contrast to the hypothesis of amino acid preservation, we found evidence of amino acid metabolism as three of five key enzymes, including phenylalanine hydroxylase (PAH), homogentisate 1,2-dioxygenase (HGD), fumarylacetoacetase (FAH), involved in phenylalanine and tyrosine catabolism were co-upregulated during hibernation in two distantly related species of bats, Myotis ricketti and Rhinolophus ferrumequinum. In addition, the levels of phenylalanine in the livers of these bats were significantly decreased during hibernation. Because phenylalanine and tyrosine are both glucogenic and ketogenic, these results indicate the role of this catabolic pathway in energy supply. Since any deficiency in the catabolism of these two amino acids can cause accumulations of toxic metabolites, these results also suggest the detoxification role of these enzymes during hibernation. A higher selective constraint on PAH, HPD, and HGD in hibernators than in non-hibernators was observed, and hibernators had more conserved amino acid residues in each of these enzymes than non-hibernators. These conserved amino acid residues are mostly located in positions critical for the structure and activity of the enzymes. Taken together, results of this work provide novel insights in nitrogen metabolism and removal of harmful metabolites during bat hibernation.