根本 理子（岡山大學 學術研究院 環境生命自然科學學域 教授）
|真核生物可生成比氧化鋯更堅固的磁鐵礦牙齒
岡山大學學術研究院環境生命自然科學學域的根本理子教授等人的研究團隊，首次闡明了真核生物※1在體內生成磁鐵礦（氧化鐵的一種）物質的機制。軟體動物的一種——石鱉※2，在被稱為齒舌的攝食器官中擁有大量由磁鐵礦構成的牙齒，其耐磨耗性優於擁有「人造鑽石」之稱的氧化鋯。但是，磁鐵礦牙齒究竟是如何在生物體內形成的，此前一直未被闡明。研究團隊此次發現石鱉牙齒中含有的新型蛋白質「RTMP1」，並闡明這種蛋白可在作為牙齒骨架的幾丁質纖維上誘導形成氧化鐵物質。
※1 真核生物：細胞內具有細胞核的生物總稱。包括人類、動物、植物、真菌等。
※2 石鱉：棲息於海岸岩礁區域的軟體動物，背部生有八枚殼，並擁有可刮取岩面附著藻類的牙齒。
|石鱉可在體內形成磁鐵礦物質
生物能夠在自身體內生成骨骼、牙齒等硬質物質，這類物質被稱為「生物礦物（biomineral）」，多數以鈣和矽為原料。另一方面，雖然十分罕見，但也存在可生成以鐵為主要成分的生物礦物的生物。棲息於海岸岩礁等地的石鱉，牙齒由磁鐵礦（Fe₃O₄）構成，其耐磨耗性與堅固度均優於素有「人造鑽石」之稱的氧化鋯（圖1）。
圖1 瀨戶內海的石鱉（左）及其牙齒（右）
然而，在屬於真核生物的石鱉體內，磁鐵礦究竟通過何種機制形成，此前一直未能闡明。此外，鐵是生物必需的元素，但已知過量鐵會參與癌症、神經退行性疾病的發病。因此，理解石鱉體內承擔鐵攝取與調控的機制，有望助力開發新型治療方法與藥物。
|蛋白質「RTMP1」誘導磁鐵礦的形成
確定出了石鱉牙齒特有的蛋白質
研究團隊從瀨戶內海採集了3種石鱉（石鱉、紅條毛膚石鱉、史氏寬板石鱉），對其齒舌組織開展基因分析，鑑定出含磁鐵礦的牙齒中共同存在的蛋白質。研究團隊從中發現了石鱉類特有的未知蛋白質，並將其命名為「RTMP1（Radular Teeth Matrix Protein 1）」。
RTMP1與氧化鐵存在於齒舌組織中同一位置
石鱉牙齒的形成需經歷如下階段：①幾丁質纖維骨架形成；②鐵流入；③低結晶性氧化鐵※3沉積；④結晶化為磁鐵礦（圖2左）。研究團隊使用針對RTMP1的抗體對齒舌組織進行染色，結果發現，RTMP1在臨近進入③的階段被檢測到的最多，且RTMP1與沉積在幾丁質纖維上的低結晶性氧化鐵位於同一位置（圖2右）。
※3 低結晶性氧化鐵：晶體排列尚未規整的未成熟氧化鐵，是轉變為磁鐵礦的前一階段狀態。
圖2 石鱉牙齒的形成過程（左）及RTMP1與低結晶性氧化鐵的出現位置（右）
RTMP1可誘導氧化鐵形成
為探究RTMP1的性質，研究團隊利用生命科學領域常用於基因重組等實驗的麵包酵母，人工製備了RTMP1。獲得的RTMP1既可吸附於幾丁質，也可與鐵離子結合。此外，將結合了RTMP1的幾丁質纖維浸入鐵溶液後，幾丁質纖維上形成了氧化鐵顆粒。也就是說， RTMP1在誘導氧化鐵的形成過程中發揮了直接作用。
|為金屬材料與藥物開發提供新策略
本研究揭示，RTMP1參與了以鐵為原料生成磁鐵礦（氧化鐵的一種）的過程。該機制與需高溫處理或使用有害物質的傳統合成法差異顯著。磁鐵礦具有強磁性，已被應用於硬碟等產品。運用RTMP1，有望開發出安全、環境負荷低的磁性材料合成技術。此外，這種可使金屬氧化物僅在目標位點形成的機制，在電子器件、感測器材料領域應用潛力較大，將成為材料科學的新策略。此外，鐵的過量蓄積與癌症、神經疾病相關，因此對本研究所揭示的RTMP1鐵調控機制的理解，有望成為開發上述疾病新型療法的基礎性見解。
原文：JST 事業成果 生命科學領域
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science
論文：Radular teeth matrix protein 1 directs iron oxide deposition in chiton teeth
DOI：10.1126/science.adu0043
