カイコBombyx moriの幼虫発生に関わるユビキチン化遺伝子とSUMO特異的プロテアーゼの制御

Regulation of genes for ubiquitination and SUMO-specific protease involved in larval development of the silkworm, Bombyx mori.

• Tsuyuki Kitagawa
• Shigeharu Takiya

抄録

ユビキチン（Ub）や小ユビキチン様修飾体（SUMO）などの保存性の高い小タンパク質によるタンパク質修飾は、様々な細胞内プロセスを制御しているが、昆虫の幼虫発生におけるこれらのタンパク質修飾の寄与については、まだ明らかにされていない。本研究では、カイコの幼虫発生過程における後絹腺（PSG）におけるこれらのタンパク質修飾遺伝子の制御を調べた。その結果、ユビキチン化酵素やSUMO特異的プロテアーゼをコードするいくつかの遺伝子（E1、E2、E3）が20-ヒドロキシエクジゾン（20E）によってアップレギュレーションされ、第4脱皮期にはユビキチン化されたタンパク質が一貫して増加することが明らかになった。第四摂食期の幼虫に20Eの注入は、これらのE1、E2、およびE3遺伝子と約1日前にモック処理した幼虫よりも高い発現レベルを誘導した。また、フィブロイン重鎖遺伝子（fibH）の発現は、20Eを投与した幼虫では同時に約1日早く抑制された。培養PSGを20Eで処理すると、これらの遺伝子も誘導されたが、これらの遺伝子は、20Eの高用量によって誘導されるものと、20Eのパルスによって誘導されるものの少なくとも2種類に分類された。また、20E投与とは対照的に、幼虫のUb-およびSUMO特異的プロテアーゼの阻害剤であるPR-619を投与した場合には、消化を遅らせ、fibHの発現を延長させた。これらの結果から、B. moriの幼虫発生にはユビキチン化遺伝子とSUMO特異的プロテアーゼの制御が関与していることが示唆された。

Protein modifications with highly conserved small proteins, such as ubiquitin (Ub) and small ubiquitin-like modifier (SUMO), regulate various cellular processes; however, the contribution of these protein modifications to larval development in insects has not yet been elucidated. We investigated the regulation of genes for these protein modifications in the posterior silk gland (PSG) during larval development of the silkworm Bombyx mori. We found that several genes encoding enzymes (E1, E2, and E3) for ubiquitination and SUMO-specific protease were upregulated by 20-hydroxyecdysone (20E), and, consistently, increases in ubiquitinated proteins were observed during the fourth molting stage. An injection of 20E into larvae at the fourth feeding stage induced higher expression levels of these E1, E2, and E3 genes and ecdysis approximately one day earlier than in mock-treated larvae. The expression of the fibroin heavy-chain gene (fibH) was simultaneously suppressed approximately one day earlier in 20E-injected larvae. The treatment of cultured PSG with 20E also induced these genes, which could be categorized into at least two types: those induced by a high dose of 20E, or by a pulse of 20E. In contrast to the 20E treatment, the administration of PR-619, an inhibitor of Ub- and SUMO-specific proteases in larvae, delayed ecdysis and prolonged the expression of fibH. These results suggest that the regulation of genes for ubiquitination and SUMO-specific protease is involved in the larval development of B. mori.

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