シクリッドの厚い唇はプロテオグリカンが主体~シクリッドの唇肥大化に関わる平行進化に共通の分子基盤~

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2025-05-28 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、東アフリカ三大湖(ヴィクトリア湖、マラウィ湖、タンガニィカ湖)に生息するシクリッド魚類の唇肥大化に関する研究を行い、異なる湖で独立に進化した唇の肥大化が、共通してプロテオグリカンの蓄積によるものであることを明らかにしました。組織構造、タンパク質、遺伝子発現の3つの生物学的階層から比較解析を行った結果、唇肥大種では細胞外マトリックスタンパク質が過剰に蓄積していることが確認されました。特に、Versicanなどの遺伝子が唇肥大化に関与しており、これらの遺伝子はヒトの皮膚疾患にも関連していることから、進化生物学だけでなく医学的な応用も期待されます。この研究成果は、2025年4月22日に国際学術誌「eLife」に掲載されました。

シクリッドの厚い唇はプロテオグリカンが主体~シクリッドの唇肥大化に関わる平行進化に共通の分子基盤~
組織構造(A)、タンパク質(B)、遺伝子発現(C)のそれぞれの階層からの唇肥大化の分子基盤比較解析。

<関連情報>

Wnt経路によって制御される細胞外マトリックスプロテオグリカンの顕著な発現が、東アフリカのシクリッドにおける唇肥大の並行進化の背景にある Pronounced expression of extracellular matrix proteoglycans regulated by Wnt pathway underlies the parallel evolution of lip hypertrophy in East African cichlids

Nagatoshi Machii,Ryo Hatashima,Tatsuya Niwa,Hideki Taguchi,Ismael A Kimirei,Hillary DJ Mrosso,Mitsuto Aibara,Tatsuki Nagasawa,Masato Nikaido,
eLife  Published:Apr 22, 2025
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.99160.3

Abstract

Cichlid fishes inhabiting the East African Great Lakes, Victoria, Malawi, and Tanganyika, are textbook examples of parallel evolution, as they have acquired similar traits independently in each of the three lakes during the process of adaptive radiation. In particular, ‘hypertrophied lip’ has been highlighted as a prominent example of parallel evolution. However, the underlying molecular mechanisms remain poorly understood. In this study, we conducted an integrated comparative analysis between the hypertrophied and normal lips of cichlids across three lakes based on histology, proteomics, and transcriptomics. Histological and proteomic analyses revealed that the hypertrophied lips were characterized by enlargement of the proteoglycan-rich layer, in which versican and periostin proteins were abundant. Transcriptome analysis revealed that the expression of extracellular matrix-related genes, including collagens, glycoproteins, and proteoglycans, was higher in hypertrophied lips, regardless of their phylogenetic relationships. In addition, the genes in Wnt signaling pathway, which is involved in promoting proteoglycan expression, was highly expressed in both the juvenile and adult stages of hypertrophied lips. Our comprehensive analyses showed that hypertrophied lips of the three different phylogenetic origins can be explained by similar proteomic and transcriptomic profiles, which may provide important clues into the molecular mechanisms underlying phenotypic parallelisms in East African cichlids.

生物工学一般
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