| 포유동물의 일주기리듬 신경 메커니즘 연구 성과 | ||
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 중국과학원 뇌과학지능기술탁월혁신센터/상하이뇌과학뇌모방연구센터/신경과학국가중점실험실 옌쥔(嚴軍) 연구팀은 단일세포 시퀀싱 등 기술로 생쥐 일주기리듬 중추-시교차 상핵(Suprachiasmatic Nucleus, SCN)에 대한 체계적인 세포 분류 수행을 통해 새로운 뉴런 아형을 발견했다. 아울러 일주기리듬 과정 및 광조사 자극 조건에서 해당 세포 아형의 유전자 발현의 차이를 규명함과 동시에 단일세포 수준에서 각 아형 세포의 3차원 공간분포를 완벽하게 재구성했다. 해당 성과는 "Nature Neuroscience"에 온라인으로 게재됐다. 일주기리듬은 생물체에 광범위하게 존재하며 인간의 하루 동안 운동, 수면, 대사 등 많은 생리 과정에서 주요 역할을 일으킨다. 해당 생체시계 교란은 수면장애를 포함한 다양한 질환을 유발한다. 따라서 신경계에서 일주기리듬의 생성, 유지 및 역할 발휘에 대한 연구가 필요하다. 포유동물의 일주기리듬은 대뇌의 시교차 상핵의 제어를 받는다. SCN은 망막에서 전달되는 외계의 빛/어둠 신호를 접수하여 자발적으로 일주기리듬 변화를 생성함과 아울러 리듬 신호를 온몸에 전달한다. 분자 수준에서 일주기리듬은 일련의 핵심 리듬 유전자로 구성된 전사/번역 피드백 경로에서 생성된다. 기존의 연구에 의하면 핵심리듬 유전자는 SCN의 뉴런에서 동기화 변화를 나타냄과 아울러 다양한 공간에 위치해 있는 세포는 다양한 변화 위상을 보유한다. 하지만 SCN에 대한 전면적인 세포 분류, 다양한 세포 유형이 SCN에서 공간분포 및 해당 세포 유형이 일주기리듬에서 발휘하는 역할은 밝혀지지 않았다. SCN은 생체리듬의 핵심 페이스메이커(Pacemaker)로서 광신호를 리듬 신호로 전환시키며 또한 다양한 뉴런은 다양한 위상 변화를 생성한다. 연구팀은 액적 단일세포 시퀀싱(Drop-seq), 단일분자 제자리형광잡종화(smFISH) 및 레이저 미세절제 시퀀싱(LCM-seq) 등 기술을 이용해 다양한 주야(Day and night) 시점에서 샘플링한 생쥐 SCN에 대한 분석을 수행했으며 전사체를 통해 SCN에 대한 체계적인 세포 분류를 수행한 동시에 다양한 세포 유형에서 유전자의 리듬적 발현 상황을 획득했고 또한 해당 세포 유형이 SCN에서의 3차원 공간 위치 정보를 재구성했다. 연구팀은 SCN의 상의세포(Ependymal cells), 교세포 등을 포함한 다양한 비뉴런 세포는 뉴런과 마찬가지로 광범위한 리듬 유전자 발현이 존재함을 발견했다. 이는 SCN의 다양한 세포에는 세포 특이적 리듬 기능이 있음을 제시한다. 또한 모든 비뉴런 세포의 핵심 리듬 유전자 변화 위상은 뉴런의 변화 위상에 비하여 뚜렷하게 늦어지는 현상이 존재했다. 뉴런에서 SCN의 뉴런은 SCN에 속하지 않는 뉴런에 비하여 핵심 유전자 발현이 뚜렷하게 높다. 연구팀은 SCN의 뉴런을 5종 아형으로 분류함과 아울러 광자극 실험을 통해 SCN의 다양한 뉴런 아형은 광조사 반응에 대하여 뚜렷한 차이가 있음을 발견했다. 이는 SCN 뉴런 아형이 리듬 변화 생성 및 광민감성에서 기능 구분이 존재함을 의미한다. 연구팀은 조직 투명화 이미징을 통해 SCN 뉴런 아형의 SCN에서 3차원 공간분포를 완벽하게 재구성함과 아울러 레이저 미세절제와 RNA 시퀀싱 기술을 결합해 SCN 내부에 3차원 공간의 유전자 발현 기울기(Gradient)가 존재함을 규명함으로써 SCN 세포 아형 구분 및 기능의 공간 비등방성에 대한 심층적 인식에 증거를 제공했다. 동 연구는 선진적인 단일세포 기술을 이용해 최초로 일주기리듬 중추 SCN에 대한 전면적인 세포 분류, 재구성 및 분석을 수행해 SCN의 다양한 세포 유형 및 뉴런 아형의 시공간 유전자 발현 그리고 세포 구조 등 정보를 획득함으로써 포유동물의 일주기리듬 신경 메커니즘 연구에 중요한 실마리를 제공했다. 정보출처 : http://www.cas.cn/cm/202002/t20200219_4735093.shtml |
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