水通道蛋白10中硼酸和尿素运输减少的进化时间表

水通道蛋白(Aqp) 10 人体水通道允许水、甘油、尿素和硼酸自由穿过细胞。然而，河豚中的 Aqp10.2b 只允许水和甘油通过，不允许尿素和硼酸通过。东京工业大学的研究人员试图了解导致 Aqp10 中可变底物选择机制的进化时间线。他们的结果表明，射线鳍鱼中的 Aqp10.2 可能通过进化降低或丧失了尿素和硼酸的渗透性。

水通道蛋白 (Aqps) 是在活细胞膜中形成水通道的蛋白质，包括细菌、真菌、动物和植物的细胞膜。这些通道促进水在细胞间的运输比通过膜磷脂双层的扩散更快。

Aqp10 属于水通道水甘油孔蛋白亚科。这些蛋白质促进我们身体的许多生理过程，包括肠道功能、肝脏和脂肪细胞代谢以及皮肤弹性。水和溶质(例如甘油、尿素和硼酸)根据跨膜浓度梯度通过人 Aqp10 转运。

肉翅目动物，包括腔棘鱼、肺鱼和四足动物(如两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物)，已知有一个编码 Aqp10 的基因。相比之下，放线鱼，例如射线鳍鱼，具有aqp10基因的旁系同源物或几乎相同的副本，例如aqp10.1和aqp10.2。有趣的是，射线鳍日本河豚有一种名为aqp10.2b的旁系同源物，它对水和甘油具有渗透性，但对尿素和硼酸没有渗透性。

为了了解人类和河豚 Aqp10 溶质渗透性之间的这些功能差异是如何进化的，来自东京工业大学生命科学技术学院(东京工业大学)、农学院高级生物科学系的一组研究人员，近代大学、密歇根州立大学综合生物学系、Aquamarine Fukushima AMF 以及梅奥诊所医学与科学学院生理学和生物医学工程系分析了不同物种的 Aqp10。该研究于2023年12月1日发表在《基因组生物学与进化》上。

当被问及他们的研究时，东京工业大学生命科学与技术系助理教授、该研究的首席科学家 Ayumi Nagashima 博士解释道：“溶质选择性的进化适应可以为分析提供一个有前途的模型。水甘油孔蛋白中溶质渗透性的演变。在这项研究中，为了阐明 Aqp10 溶质选择性的进化历史，我们分析并比较了八种骨脊椎动物中 Aqp10 的渗透性和进化关系。”

研究小组发现，与四足动物和叶鳍鱼类Aqp10s类似，射线鳍鱼类中的Aqp10.1也运输水、甘油、尿素和硼酸。另一方面，虽然射线鳍鱼中的 Aqp10.2 运输水和甘油，但它们对尿素和硼酸通过的限制比 Aqp10 和 Aqp10.1 更多。

这些有趣的结果表明，水、甘油、尿素和硼酸的渗透性是所有四足动物和叶鳍鱼类 Aqp10 水通道的拟形特征。然而，在射线鳍鱼中发现的 Aqp10.2 在进化过程中可能降低或丧失了尿素和硼酸的渗透性。

在这方面，Nagashima 博士评论道：“我们的研究表明，射线鳍鱼的 Aqp10.2 只允许有限或不允许尿素或硼酸穿过它。这些活动可能会随着这些鱼类共同祖先的进化而系统性地减少并随后消失。这项研究有望阐明水甘油孔蛋白的底物选择机制，这有助于未来的营养物质运输和其他过程。”

总之，本研究强调水、甘油、尿素和硼酸转运活性是 Aqp10 的拟形活性，是所研究物种共有的祖先类型的特征。因此，结果表明放线鱼中的 Aqp10.2 进化为降低尿素和硼酸的转运活性。