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エクジソンとは何ですか?

2023-11-03

エクジソン は、昆虫、甲殻類、植物の成長、発育、生殖の調節に重要な役割を果たすステロイドホルモンです。 エクジソンは 1950 年代に初めて昆虫中で発見され、多くの医療、農業、バイオテクノロジーに応用される重要なシグナル伝達分子として浮上しました。 この記事では、エクジソンの化学構造と生合成から、多様な生物学的機能と複数の分野にわたる有望な用途に至るまで、エクジソンの詳細な概要を説明します。

概要

エクジソン原料.jpgエクジソンはステロイド性プロホルモンであり、主要な昆虫の脱皮ホルモンである 20-ヒドロキシエクジソンの前駆体です。 昆虫では、20ベータヒドロキシエクジソン 幼虫の脱皮、変態、生殖を含む発生の移行を調整します。 このホルモンは特殊な内分泌腺で生成され、昆虫の血液中に放出され、標的組織に結合することで生理学的変化を引き起こします。 エクジソンは、昆虫の成熟と適応に関与する膨大な数の遺伝子の発現を調節するのに役立ちます。

植物において、エクジソンは成長促進効果と、非生物的および生物的ストレス因子の両方に対する保護効果があります。 エクジソンの多面的な役割の発見により、農業における昆虫の防除、植物の生産性の向上、医学における革新的な治療アプローチの興味深い可能性が開かれました。 ただし、エクジソンの用途には、潜在的な生態学的影響と倫理的懸念を慎重に評価する必要もあります。

エクジソンの性質を探る

エクジソン エクジステロイドと呼ばれるホルモンのグループに属し、脊椎動物のコレステロール由来のステロイド ホルモンと構造的に似ています。 1954年にカールソンとブテナントによってカイコの蛹から初めて単離され特徴づけられ、脱皮を意味するギリシャ語のエクディシスから「エクディソン」と名付けられた。

エクジソンは昆虫の発育を調節し調整する上で中心的な役割を果たします。 特定の遺伝子を刺激または抑制することにより、幼虫の脱皮、蛹および成体段階への変態、生殖、休眠期間などのさまざまなプロセスを制御します。 正常な成長を確保するには、エクジソンのタイミングと放出を正確に制御する必要があります。

植物では、エクジソンは細胞の伸長、根の成長、胚の発生、生殖などのさまざまな生理学的プロセスに関与しています。 また、保護代謝反応を引き起こすことで、植物が環境内のストレス因子に適応できるようになります。

エクジソンの化学構造と生合成

エクジソンは、ポリヒドロキシル化ステロールのエクジステロイドファミリーに属します。 その化学名は、2β,3β,14α,22R,25-ペンタヒドロキシコレスト-7-エン-6-オンです。 ステロイド構造は、特定の位置にヒドロキシル基を持つ XNUMX つの縮合炭化水素環で構成されます。

昆虫や甲殻類では、 bηエクジソン 前胸腺、卵巣、精巣などの内分泌組織で食物ステロールから合成されます。 コレステロールは、一連の酵素触媒反応を通じてさまざまな中間体に変換されます。 主な生合成経路には、7-デヒドロコレステロールがヒドロキシル化および酸化されて、最終的にエクジソンが生成されることが含まれます。

植物は、細胞質内のメバロン酸経路と色素体の非メバロン酸経路の両方を通じてエクジソンを生成します。 SMT や SMO などの主要な酵素は、シクロアルテノールからエクジソンへの変換ステップを触媒します (7)。 温度、栄養、ストレスなどの環境要因は、生合成酵素の遺伝子発現を調節することによってエクジソンレベルに影響を与える可能性があります。

蚕の蛹.jpegカイコの蛹.png

昆虫におけるエクジソンの機能と効果

昆虫の幼虫や若虫では、 エクジソン 外骨格の周期的な脱落または脱皮を開始します。 代謝を摂食から変態に備えて徘徊行動に移行させることで幼虫の成長を終わらせます(8)。 エクジソンは、古い外骨格の下にある新しい外骨格の生成を刺激します。

幼虫の最終齢段階では、大きなエクジソンパルスが幼虫に摂食を停止させ、理想的な蛹化の場所を探します。 変態の開始時に、エクジソンは蛹室の形成と成虫への大幅な構造変化を誘導します。 エクジソン放出のタイミングと大きさは正確に制御されます。

エクジソンと若年性ホルモンは連携して発達の移行を調整します。 幼若ホルモンは幼虫の初期段階での早熟変態を防ぎます。 蛹化直前の幼若ホルモンの低下により、エクジソンが変態を誘導できるようになります。 成人女性の場合、エクジソンは卵黄形成または卵子の生成を刺激します。

エクジソン作動薬は昆虫の発育を阻害する可能性があり、従来の殺虫剤の代替品として研究されています。 非標的種に対しては毒性が低い可能性がありますが、昆虫はエクジソンアゴニストに対する耐性を獲得する可能性があります。

植物中のエクジソン: 成長調節と防御機構

植物では、エクジソンは細胞の伸長、分化、成長を促進します。 エクジソンは、種子の発芽、根の成長、花の発育、老化、および離散などのプロセスを調節します。 栄養素を動員して苗の急速な成長をサポートし、防御機構を活性化するのに役立ちます。

エクジソンレベルは、植物が昆虫の草食性などの生物的ストレスにさらされると劇的に増加します。 これにより、攻撃者を撃退したり、昆虫の摂食を減らしたりする防御化合物の生成が引き起こされます。 エクジソンはまた、植物が塩分、干ばつ、極端な温度、化学毒素などの非生物的ストレスに耐えられるようにします。

エクジソンを含む葉面散布は、作物の収量を増加させ、開花を促進し、病原体に対する耐性を向上させることが示されています。 ただし、合成類似体は植物の生殖を妨げることがあります。 農業においてエクジソンの利点を活用するには、適切な散布方法と用量が必要です。

エクジソンの医療およびバイオテクノロジーへの応用

露草エキス.jpgエクジステロイドは哺乳類において同化作用を示し、アンドロゲン性副作用を伴うことなくタンパク質合成と身体能力を向上させます。 エクジソン類似体は、筋肉の成長をサポートしたり、糖尿病や神経学的症状を治療したりするなどの治療用途について研究されています。

バイオテクノロジーにおいて、エクジソンは細胞培養物やトランスジェニック生物において強力な誘導性遺伝子発現システムを提供します。 エクジソン受容体は、目的の遺伝子とともに細胞に組み込むことができます。 エクジソンを添加すると、用量依存的に標的遺伝子の活性化が引き起こされます。 これにより、遺伝子発現のタイミングとレベルを正確に制御できます。

エクジソンは、細胞治療用途など、目的を果たした後に操作された細胞を選択的に破壊するための無毒の「化学リガンド」としても利用されます (16)。 合成生物学、タンパク質工学、バイオセンサーにおいては、エクジソンをベースとしたさらなるイノベーションが研究されています。

安全上の考慮事項と倫理的影響

エクジソンは多くの分野で有望ですが、慎重に使用する必要があります。 農業では、非対象種および抵抗性の発達に対する影響を評価する必要があります。 人間のホルモンの類似体として、その医療用途には厳格な安全性プロファイリングが必要です。 残留物の蓄積や食物連鎖への曝露など、大規模使用による環境への影響を調査する必要があります。

倫理的な問題は、昆虫の福祉、エクジソンベースの治療法への公平なアクセス、遺伝子組み換え生物に関する透明性、バイオテクノロジーの悪用の防止に集中しています。 エクジソン関連のイノベーションを責任を持ってバランスよく推進するには、政策措置が必要です。 国民の関与と、リスクと利益の透明性のある評価が重要です。

エクジソンはどのように作られるのですか?

昆虫では、 エクディソンe 一連の酵素段階を経て、前胸腺、卵巣、精巣、その他の組織において食事のコレステロールまたはフィトステロールから合成されます(20)。 主な生合成経路には、特定のシトクロム P7 酵素やその他の触媒の作用による、2-デヒドロコレステロールのケトジオール、ケトトリオール、450-デオキシエクジソン、そして最終的にエクジソンなどのさまざまな中間体への変換が含まれます。 温度や栄養などの環境の手がかりは、関与する酵素の発現を制御することによってエクジソン生合成を調節します。

植物では、エクジソンは細胞質内のメバロン酸経路と、ファルネシルピロリン酸またはゲラニルゲラニルピロリン酸から始まる色素体の非メバロン酸経路の両方を通じて生成されます。 SMT、DWF4、SMO などの酵素は、シクロアルテノールをエクジソンに変換する一連の反応を仲介します。 光への曝露、発生シグナル、およびストレス因子は、植物のエクジソン生合成を調節します。

エクジソンというホルモンは何を制御しますか?

ホルモンエクジソン.jpg     エクジソン さまざまな発生、生理学的、細胞のプロセスを調節します (23):

     -未成熟昆虫の成長と脱皮  

     ・幼虫から蛹、成虫へと変態します。

     -成虫の生殖と産卵

     -植物の成長、細胞分化、器官形成

     -植物のストレス適応反応

     -植物の防御化合物合成の活性化

     -エクジソン核内受容体を介した遺伝子発現

     -タンパク質の合成と酵素の働き

     -脂質、炭水化物、タンパク質の代謝

     -酸化恒常性と解毒作用

     -細胞の増殖、分化、アポトーシス

     -昆虫の軸索リモデリングと樹状突起の剪定

     -生殖と食物の探索に関連する行動

若年性ホルモンとエクジソンの違いは何ですか?

どちらも昆虫の重要なホルモンですが、幼若ホルモンとエクジソンは対照的な役割を持っています。

-エクジソンは脱皮と変態を開始しますが、幼若ホルモンは変態を防ぎます。

-成体前の段階では、エクジソンが脱皮を誘導し、幼若ホルモンが脱皮間の成熟を抑制します。

-高エクジソンと低幼若ホルモンは変態を誘発します。 逆の比率では幼虫期が維持されます。

-エクジソンはステロイドホルモンですが、若年性ホルモンはセスキテルペノイドです。

-エクジソンは前胸腺で生成され、若年性ホルモンはアラタ体で合成されます。

-エクジソンの効果は核内受容体によって媒介されます。 若年性ホルモンは膜受容体を使用します。

-エクジソンレベルは明確な時間にピークに達します。 若年性ホルモンは、レベルの変動が比較的少ないです。

-成人では、エクジソンが生殖を促進し、幼若ホルモンが採餌と生殖に関連する行動を調節します。

それらの協調的な行動により、昆虫は生活段階間を移行することができます。 エクジソンと幼若ホルモンの相互作用により、発育の適切なタイミングが保証されます。

まとめ

エクジソンは、昆虫や植物の多様で複雑な発生プロセスを調整する多機能ホルモンです。 エクジソンのシグナル伝達経路と機能についての理解が深まることで、エクジソンが生物生物学に与える深い影響が解明され続けています。 農業、医療、バイオテクノロジーにおけるエクジソンの応用の活用には大きな期待が寄せられていますが、同時に有効性、安全性、倫理的考慮事項について責任ある監督が必要になります。 さらなる研究とオープンな対話は、エクジソン科学を人間の健康と生態系の幸福に利益をもたらす効果的なイノベーションに変換するためのバランスの取れた枠組みを作成するために重要です。

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参考文献

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4255510/

2.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065280608600193

3. https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-ento-020117-043231

4. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.01248/full

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