초파리 날개 연구는 선천적 결함에 대한 창을 제공합니다

초파리의 날개가 올바른 모양으로 발달하지 않으면 초파리는 죽게 됩니다. UC Riverside 연구자들은 파리 배아 세포가 필요에 따라 어떻게 발달하는지 알아내 인간 발달과 선천적 결함에 대한 가능한 치료법에 대한 창을 열었습니다.

생물학자들은 종종 개별 세포의 일부를 연구하여 조직 발달을 조사합니다. 이와 대조적으로 UCR 팀은 캘리포니아에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터 중 일부를 사용하여 함께 작동하는 많은 셀을 시뮬레이션했습니다.

연구팀은 세포의 탄성, 유체 압력 등 세포의 기계적 특성을 조사했습니다. 그들은 또한 ‘날개 원판’이라고 불리는 다양한 세포 유형의 그룹이 어떻게 분열하여 결국 날개 조직이 되는지 연구했습니다. 그들의 연구 결과는 저널에 자세히 나와 있습니다. 네이처커뮤니케이션즈.

UCR의 저명한 수학 교수이자 이번 연구의 수석 공동 저자인 마크 앨버(Mark Alber)는 “우리는 수백 개의 세포를 모델링하여 서로 어떻게 상호 작용하는지 알아내려고 노력했습니다. 이 경우에는 초파리의 날개가 되었습니다”라고 말했습니다.

노트르담 대학의 생명공학자 및 양적 생물학자들과의 긴밀한 협력을 통해 연구진은 발달 초기 단계에서 날개 디스크가 균일하게 구부러져 있음을 확인했습니다. 그러나 이후 단계에서는 상단이 곡률을 유지하는 반면 하단은 평평해집니다.

“단면에서 볼 때 디스크는 무지개 같은 모양으로 변하는 평평한 것에서 시작됩니다. 나중에 상단은 모양을 유지하지만 가운데 하단은 평평해지기 때문에 상단과 하단은 그렇지 않습니다. 더 이상 서로를 반영합니다.”라고 UCR 수학 박사 과정 학생이자 논문 공동 제1저자인 Jennifer Rangel Ambriz는 말했습니다.

Rangel Ambriz는 “우리는 이러한 모양이 발생하는 원인을 이해하고 싶었습니다. 왜냐하면 발달이 제대로 이루어지지 않으면 파리가 날지 않거나 생존할 수 없기 때문입니다”라고 말했습니다.

연구팀은 액토미오신(actomyosin)이라고 불리는 세포하 구조가 발달 과정의 대부분, 특히 아래쪽 날개 디스크의 편평화를 주도한다는 사실을 발견했습니다. 이 구조는 세포의 강성 또는 높이에 영향을 미치는 액틴 섬유의 동적 네트워크입니다.

세포 분열과 성장 중에 액토미오신은 서로 다른 세포의 핵을 앞뒤로 밀어 날개 디스크를 구성하는 개별 세포의 모양에 영향을 미칩니다.

Rangel Ambriz는 “세포가 분열하려면 핵이 세포의 상부 영역으로 이동해야 하며 이는 액토미오신 네트워크를 기반으로 합니다.”라고 말했습니다. “그것은 치약통에 주먹을 쥔 것과 같습니다. 바닥을 꽉 쥐면 모든 것이 위로 이동합니다.”

액토미오신은 또한 콜라겐으로 구성된 세포외 기질, 즉 ECM이라는 핵심 구성 요소와 연결됩니다. 날개 디스크의 세포는 ECM에 부착되어 특히 세포가 분열할 때 서로 너무 멀리 표류하는 것을 방지합니다. ECM의 상대적인 유연성이나 강성은 또한 조직의 모양과 발달에 중요한 영향을 미칩니다.

앞으로 연구자들은 액토미오신에 영향을 미치는 유전적, 화학적 신호를 더 잘 이해할 수 있기를 희망합니다. 세포의 압력 및 막 표면 장력과 같은 기계적 요인도 조직 모양에 영향을 주지만, 다양한 화학적 신호가 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다.

이 프로젝트는 공동 연구자인 UCR의 Weitao Chen, UND의 Jeremiah J. Zartman 및 Alexander Dowling과 함께 Alber가 수석 연구원으로 있는 국립과학재단(National Science Foundation)의 보조금으로 자금을 지원받습니다. 연구팀은 손상된 조직을 정상적인 기능으로 복원하는 데 도움이 되는 메커니즘을 결정하는 목표를 향해 노력하고 있습니다.

“배아에서 세포 하나 또는 여러 개의 세포를 자르면 조직은 계속해서 정상적으로 발달합니다.”라고 Alber는 말했습니다. “조직 발달에 영향을 미치는 요인에 대해 현재 우리가 알고 있는 것은 초파리를 넘어서 응용될 수 있으며 인간이나 동물의 조직 재생을 가능하게 할 수 있습니다.”

또한 연구팀은 이번 발견이 인간 조직 형성의 결함을 교정하는 데에도 사용될 수 있기를 희망하고 있습니다.

Rangel Ambriz는 “우리의 초파리 모델을 통해 조직 발달을 제어하는 ​​요소를 특정 유전자에 연결하고, 특정 선천적 결함을 촉진하는 요소를 식별하고, 결국 이를 재프로그램하거나 교정할 수 있게 될 것입니다.”라고 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240517111513.htm