根本 理子（冈山大学 学术研究院 环境生命自然科学学域 教授）
|真核生物可生成比氧化锆更坚固的磁铁矿牙齿
冈山大学学术研究院环境生命自然科学学域的根本理子教授等人的研究团队，首次阐明了真核生物※1在体内生成磁铁矿（氧化铁的一种）物质的机制。软体动物的一种——石鳖※2，在被称为齿舌的摄食器官中拥有大量由磁铁矿构成的牙齿，其耐磨性优于拥有“人造钻石”之称的氧化锆。但是，磁铁矿牙齿究竟是如何在生物体内形成的，此前一直未被阐明。研究团队此次发现石鳖牙齿中含有的新型蛋白质“RTMP1”，并阐明这种蛋白可在作为牙齿骨架的几丁质纤维上诱导形成氧化铁物质。
※1 真核生物：细胞内具有细胞核的生物总称。包括人类、动物、植物、真菌等。
※2 石鳖：栖息于海岸岩礁区域的软体动物，背部生有八枚壳，并拥有可刮取岩面附着藻类的牙齿。
|石鳖可在体内形成磁铁矿物质
生物能够在自身体内生成骨骼、牙齿等硬质物质，这类物质被称为“生物矿物（biomineral）”，多数以钙和硅为原料。另一方面，虽然十分罕见，但也存在可生成以铁为主要成分的生物矿物的生物。栖息于海岸岩礁等地的石鳖，牙齿由磁铁矿（Fe₃O₄）构成，其耐磨性与坚固度均优于素有“人造钻石”之称的氧化锆（图1）。
图1 濑户内海的石鳖（左）及其牙齿（右）
然而，在属于真核生物的石鳖体内，磁铁矿究竟通过何种机制形成，此前一直未能阐明。此外，铁是生物必需的元素，但已知过量铁会参与癌症、神经退行性疾病的发病。因此，理解石鳖体内承担铁摄取与调控的机制，有望助力开发新型治疗方法与药物。
|蛋白质“RTMP1”诱导磁铁矿的形成
确定出了石鳖牙齿特有的蛋白质
研究团队从濑户内海采集了3种石鳖（石鳖、红条毛肤石鳖、史氏宽板石鳖），对其齿舌组织开展基因分析，鉴定出含磁铁矿的牙齿中共同存在的蛋白质。研究团队从中发现了石鳖类特有的未知蛋白质，并将其命名为“RTMP1（Radular Teeth Matrix Protein 1）”。
RTMP1与氧化铁存在于齿舌组织中同一位置
石鳖牙齿的形成需经历如下阶段：①几丁质纤维骨架形成；②铁流入；③低结晶性氧化铁※3沉积；④结晶化为磁铁矿（图2左）。研究团队使用针对RTMP1的抗体对齿舌组织进行染色，结果发现，RTMP1在临近进入③的阶段被检测到的最多，且RTMP1与沉积在几丁质纤维上的低结晶性氧化铁位于同一位置（图2右）。
※3 低结晶性氧化铁：晶体排列尚未规整的未成熟氧化铁，是转变为磁铁矿的前一阶段状态。
图2 石鳖牙齿的形成过程（左）及RTMP1与低结晶性氧化铁的出现位置（右）
RTMP1可诱导氧化铁形成
为探究RTMP1的性质，研究团队利用生命科学领域常用于基因重组等实验的面包酵母，人工制备了RTMP1。获得的RTMP1既可吸附于几丁质，也可与铁离子结合。此外，将结合了RTMP1的几丁质纤维浸入铁溶液后，几丁质纤维上形成了氧化铁颗粒。也就是说， RTMP1在诱导氧化铁的形成过程中发挥了直接作用。
|为金属材料与药物开发提供新策略
本研究揭示，RTMP1参与了以铁为原料生成磁铁矿（氧化铁的一种）的过程。该机制与需高温处理或使用有害物质的传统合成法差异显著。磁铁矿具有强磁性，已被应用于硬盘等产品。运用RTMP1，有望开发出安全、环境负荷低的磁性材料合成技术。此外，这种可使金属氧化物仅在目标位点形成的机制，在电子器件、传感器材料领域应用潜力较大，将成为材料科学的新策略。此外，铁的过量蓄积与癌症、神经疾病相关，因此对本研究所揭示的RTMP1铁调控机制的理解，有望成为开发上述疾病新型疗法的基础性见解。
原文：JST 事业成果 生命科学领域
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Science
论文：Radular teeth matrix protein 1 directs iron oxide deposition in chiton teeth
DOI：10.1126/science.adu0043
