[논문] 제브라피시는 어떻게 줄무늬를 갖게 되었나요? 연구자들은 알아내는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다.

제브라피시는 육지에 사는 제브라피시보다 훨씬 작고 덜 유명하지만, 이 작은 물고기는 독특한 능력을 가지고 있습니다. 제브라피시는 스트레스를 받을 때 특징적인 줄무늬의 색을 파란색에서 노란색으로 빠르게 바꿀 수 있습니다.

카멜레온과 마찬가지로 제브라피시도 구조적 변화를 통해 이러한 색상 변화를 달성합니다. 비늘과 피부에 있는 빛을 반사하는 결정의 방향을 정확하고 동시에 변경함으로써 제브라피시는 몸 전체에 걸쳐 줄무늬의 색상을 몇 초 만에 변경할 수 있습니다.

~ 안에 새로운 연구 에 등장 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물, 과학자들은 이러한 색상 변화 뒤에 있는 복잡한 세포 기계를 정확히 찾아냈습니다. 고급 이미징 기술을 사용하여 그들은 물고기가 스트레스를 받을 때 제브라피시의 줄무늬를 파란색에서 노란색으로 변경하기 위해 함께 작동하는 세포 내부의 분자, 구조 및 신호 메커니즘을 식별했습니다.

Janelia의 4D 세포 생리학 연구 분야 선임 그룹 리더이자 책임자인 Jennifer Lippincott-Schwartz는 “이전에는 이 수준에서 이러한 구조를 본 사람이 없으며 빛과 색상의 변화에 ​​어떻게 반응하는지 보여준 사람도 없습니다.”라고 말했습니다. NIH의 John Hammer 연구실과 협력하여 새로운 연구의 수석 저자. “결정이 색상을 변경하기 위해 어떻게든 배열을 변경한다는 제안이 있었지만 우리는 그것이 어떻게 일어나는지 정확하게 보여주고 있습니다.”

새로운 발견은 과학자들이 다음을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 분자 메커니즘 카멜레온에서 요각류에 이르기까지 다른 동물의 기본 색상 변화는 유사한 구조적 색상 변화를 사용하여 의사소통하고 체온을 조절하며 위장을 만듭니다.

“이를 위해 필요한 동일한 구성 요소가 다른 시스템에서도 이용 가능하고 존재한다는 것이 합리적입니다. 따라서 우리는 이것이 유기체가 색을 바꾸는 강력한 방법이 될 수 있다고 생각합니다. 그리고 우리는 이것이 실제로 일어나고 있다는 몇 가지 예비 징후를 가지고 있습니다. 다른 유기체”라고 새로운 연구를 주도한 Weizmann Institute of Science의 연구원인 Dvir Gur는 말합니다.

제브라피시 줄무늬 조사

Gur는 Lippincott-Schwartz 연구실에서 박사후 연구원으로 제브라피시가 어떻게 줄무늬를 얻었는지 조사하기 시작했습니다. 2020년에는 Gur, Lippincott-Schwartz 및 연구팀이 확인됨 제브라피시 비늘에 있는 작은 구아닌 결정의 배열이 어떻게 파란색과 노란색 줄무늬를 생성하는지 알아보세요.

물고기를 연구하는 동안 연구자들은 물고기 조련사가 방에 들어오거나 지배적인 수컷과의 싸움에서 패했을 때 제브라피시의 파란색 줄무늬가 어떻게 사라지는지에 흥미를 느꼈습니다.

많은 동물에서는 색소 주머니가 세포 내에서 분산되고 응집될 때 색상 변화가 발생합니다. 그러나 이것은 제브라피시 이리도포어의 경우에는 해당되지 않았는데, 이 세포 내부의 결정의 움직임으로 인해 이리도포어가 구조적 기반 색상을 잃게 되었을 것입니다. 물고기가 결정의 방향을 바꾸어 빛을 다양한 각도에서 반사하여 다양한 색상을 생성할 수 있다는 힌트가 있었지만 어떻게 그런 일이 발생했는지는 이해되지 않았습니다.

Gur는 “이것이 실제로 우리가 이들 세포의 색상 변화를 촉진하는 메커니즘을 조사하게 된 계기였습니다.”라고 말했습니다. “우리는 다른 방법이 있다는 것을 알고 있었습니다.”

가까이서 본 모습

연구팀은 고해상도 이미징과 싱크로트론 기반 X선 회절을 이용해 색상 변화 전후의 결정을 자세히 관찰하는 것부터 시작했습니다.

그들은 이리도포어 내부의 결정이 긴 판형 구조의 스택으로 배열되어 있음을 확인했습니다. 색상 변화는 이러한 결정이 동시에 정확하게 기울어짐으로써 발생합니다. Gur는 이 과정을 칸막이가 함께 기울어져 들어오는 빛의 양을 제어하는 ​​베네치안 블라인드의 움직임에 비유합니다. 언제 제브라피시 스트레스를 받으면 결정이 모두 20도 각도로 기울어져 결정 사이의 간격과 빛이 닿는 각도가 변경됩니다. 이는 이리도포어에 있는 결정의 광학적 특성을 변경하여 물고기의 줄무늬가 파란색에서 노란색으로 변하게 합니다.

다음으로, 연구원들은 실시간 영상을 사용하여 이 과정을 주도하는 것이 무엇인지 이해했습니다. 인위적으로 유도한 후 스트레스 반응 연구진은 물고기에서 세포 내부의 미세소관을 따라 이동하고 결정에 연결되어 결정을 잡아당기고 기울여 색 변화를 일으키는 다이네인(dynein)이라는 운동 단백질에 의해 기울어짐이 가능하다는 사실을 발견했습니다.

이 과정은 물고기가 스트레스를 받을 때 활성화되는 2차 전달 분자인 순환 AMP라는 분자에 의해 조절됩니다. 순환 AMP는 동시에 물고기의 많은 세포에 신호를 보내 기울어짐을 유발하고 모든 줄무늬가 동시에 색상을 변경하도록 합니다.

구조적 메커니즘 제공을 넘어 색상 변경, 새로운 발견은 왜 일부 동물이 인간의 신장 결석과 통풍을 형성할 수 있는 이러한 분자 결정을 형성하는지 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 이러한 자연적 특성을 활용하는 인공 재료 및 장치의 설계를 알릴 수도 있습니다.

Gur는 “저에게 있어 그것은 정말로 호기심 중심의 과학에 관한 것입니다. 우리가 하는 모든 일은 자연을 더 잘 이해하기를 원하기 때문입니다.”라고 Gur는 말하며, 첨단 기술을 통해 작은 유기체가 인간이 달성할 수 있는 일을 어떻게 달성할 수 있는지 보는 것이 놀랍다고 덧붙였습니다. , 할 수 없습니다. “그러나 이것으로부터 자연을 생체모방의 원리를 배우기 위한 원천으로 사용하는 것에서부터 유사한 접근법을 사용하는 광학 장치, 차세대 조정 가능한 광결정에 이르기까지 결국 유용할 수 있는 다양한 것들이 나올 수 있습니다.”