단일 유전자로 인해 독침 세포가 독침을 잃게 됨

2023년 2월 23일

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코넬대학교 크리슈나 라마누잔(Krishna Ramanujan)

과학자들이 말미잘의 단일 조절 유전자를 비활성화했을 때, 사냥과 자기 방어를 위해 독이 있는 작은 작살을 쏘는 독침 세포가 대신 먹이를 얽어매는 끈적끈적한 실을 쏘는 세포로 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다.

말미잘 Nematostella vectensis에서 수행된 연구는 NvSox2라고 불리는 유전자를 비활성화하면 관통 세포(선충세포라고 함)에서 끈적끈적하고 올가미가 있는 세포(spirocyte라고 함)로 어떻게 전환이 가능해졌는지 보여줍니다. 이 발견은 NvSox2 유전자의 발달 덕분에 선충세포가 폐활세포에서 진화했을 수 있음을 시사합니다.

코넬대학교 생태학 및 진화생물학 조교수인 Leslie Babonis는 "이 하나의 유전자는 두 가지 대체 세포 운명 사이의 전환을 제어합니다. 이 세포에 완전히 다른 정체성을 부여하는 일련의 특성을 제어합니다"라고 말했습니다.

Babonis는 Nature Communications에 게재된 "Single-Cell Atavism Reveals an Ancient Mechanism of Cell Type Diversification in a Sea Anemone"의 교신 저자입니다.

"독침 세포"는 말미잘, 산호, 수국 및 해파리를 포함한 모든 자포동물에서 발견됩니다. 그들은 모양과 기능이 다른 수십 개의 세포 유형으로 나타나기 때문에 논문에서 모델 세포 역할을 했으며, 이를 통해 연구자들은 단일 세포 유형이 어떻게 다양한 형태로 극도로 다양해질 수 있는지에 대한 근본적인 진화 질문을 탐구할 수 있었습니다.

기본적으로 이 연구 계열은 모든 생명체가 단세포 유기체에서 유래했으며 시간이 지남에 따라 세포가 전문화되고 분화됨에 따라 더욱 복잡해지기 때문에 동물 다양성의 진화를 더 잘 이해하려고 합니다.

이번 발견은 N. vectensis의 쏘는 세포의 유전적 구조에 일종의 기능 유연성이 내장되어 있다는 사실을 강조합니다. 예를 들어, N. vectensis의 작은 개체군이 작살 세포보다 끈적끈적한 실이 더 유리한 새로운 환경으로 이동한다면, 전환을 만드는 데는 한 유전자의 작은 돌연변이만 필요할 것입니다.

"서로 다른 세포 유형 중에서 '선택'할 수 있다는 것은 동물에게 새로운 서식지에 침입하고 새로운 특성을 진화시킬 수 있는 많은 유연성을 제공합니다."라고 Babonis는 말했습니다.

Nematocytes와 spirocytes는 모두 두꺼운 가압 캡슐로 구성된 새로운 소기관을 포함합니다. 근처에서 먹이나 포식자가 감지되면 가압된 캡슐이 붕괴되어 발사체(선충세포의 경우 작살, 스피로사이트의 경우 먹이를 얽히는 끈끈한 실)가 세포 밖으로 배출됩니다.

Babonis와 동료들은 CRISPR/Cas9 유전자 편집을 사용하여 DNA에 결합하고 하류 유전자의 발현을 변화시키는 전사 인자인 NvSox2를 녹아웃시켰습니다. 이를 통해 연구자들은 NvSox2의 역할이 끈적끈적한 세포의 발달을 침묵시키고 그 자리에서 관통 세포의 발달을 촉진하는 것임을 발견했습니다.

"세포는 야생형 동물의 세포와 완전히 다르게 보였고 완전히 다른 기능을 가지고 있었습니다"라고 Babonis는 말했습니다.

향후 연구에서 Babonis와 동료들은 밀접하게 관련된 산호종을 포함하여 다른 자포동물 종에서 두 세포 운명에 대한 동일한 단일 유전자 제어를 검색함으로써 이 현상의 폭을 조사할 계획입니다. 이 프로젝트의 장기 목표는 발사체를 쏠 수 있는 쏘는 세포를 만드는 데 필요한 최소한의 유전자 세트를 식별하기 위해 역방향으로 작업하는 것입니다. 거기에서 그들은 다양한 변형을 실험할 것입니다.