시간을 알 수 있는 곤충(콩벌레) 생체시계 유전자

뇌 글루타메이트 역학은 일주기 시계 유전자에 따라 주기적으로 변화하고 산란 촉진 뉴런의 세포 반응을 매개합니다. 출처: 2022, Masaharu Hasebe 및 Sakiko Shiga, 콩벌레 두뇌의 시계 유전자 의존적 글루타메이트 역학은 주기적인 재생을 조절합니다, PLOS Biology

유기체의 몸에는 하루 중 시간을 말할 수 있는 생물학적 시계가 있을 뿐만 아니라 연중 시간도 알 수 있습니다. 일본의 연구원들은 생물학적 시계가 계절을 추적하는 메커니즘 뒤에 하나의 유능한 작은 분자가 있을 수 있음을 발견했습니다.

---

1. 콩벌레는 시간을 어떻게 알까?

최근 PLOS Biology 에 발표된 연구에서 오사카 대학의 연구원들은 글루타메이트 신호가 24시간 주기 리듬 유지에 관여하는 유전자에 의한 콩벌레 번식의 계절적 조절에 관여했음을 밝혔습니다.

24시간 주기 리듬은 하루 중 시간에 따라 신체 과정을 제어하는 생물학적 시계에 의해 구동됩니다. 관련되는 과정은 광주기 민감성 또는 계절적 조절로, 신체 과정은 낮과 밤 기간의 길이에 따라 계절에 따라 조절됩니다.

---

2. 계절적 곤충 번식에 영향을 끼치는 일주기 시계 유전자

연구의 제1 저자인 하세베 마사하루(Masahru Hasebe) 는 "이전 연구에서는 일주기 시계 유전자가 일상적인 과정을 조절하는 것뿐만 아니라 곤충의 번식과 같은 계절적 사건을 조절하는 데에도 관여한다는 것을 보여주었다"고 말했습니다. "그러나 이 상호작용을 지배하는 메커니즘은 불분명했습니다."

이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 무척추동물에서 포유류에 이르기까지 많은 동물의 뇌에서 다양한 신호를 전달하는 데 관여하는 신경 전달 물질인 글루타메이트에 초점을 맞췄습니다. 생체 시계 관련 계절 리듬의 편리한 모델인 콩벌레를 사용하여 계절 생식 주기와 관련된 다양한 광주기 조건 및 생체 시계 유전자 간섭에 대한 반응으로 뇌의 글루타메이트 수준을 평가했습니다.

뇌 글루타메이트 수치는 짧은 날에 상당히 높습니다. 출처: 2022, Masaharu Hasebe 및 Sakiko Shiga, 콩벌레 두뇌의 시계 유전자 의존적 글루타메이트 역학은 주기적인 재생을 조절합니다, PLOS Biology

---

3. 연구 결과

"결과는 매우 명확했습니다."라고 이 연구의 수석 저자인 Sakiko Shiga가 설명합니다. "전체 뇌의 세포 외 글루타메이트 수치는 장일 조건보다 단일 조건에서 유의하게 더 높았고, 시계 유전자 기간을 무너뜨리면 이 차이가 사라졌습니다."

콩벌레 뇌에서 글루타메이트 수치를 직접적으로 감소시키거나 증가시키면 생식 상태의 계절별 변화도 감소했습니다. 또한, 글루타메이트 수치를 줄이거나 늘리면 일반적으로 계절에 따라 신경 활동을 변경하고 알을 낳는 것을 촉진하는 대뇌 신경 세포의 광주기 반응을 방해합니다 .

"우리의 결과는 세포 외 글루타메이트 역학이 시계 유전자에 의해 조절되고 생식의 광주기적 제어에서 필수적인 역할을 한다는 것을 보여줍니다"라고 Hasebe는 말합니다.

글루타메이트가 곤충에서 포유류에 이르기까지 동물의 신경 전달에 널리 사용된다는 점을 감안할 때 이 연구의 결과는 콩벌레 생물학 이상의 의미를 갖습니다. 일주기 시계와 광주기 조절 사이에 새로 발견된 이 기계론적 연결을 조사하는 추가 연구는 다양한 동물의 계절 적응에 대한 이해를 향상할 수 있습니다.