Studies on ligand selectivity of Sex peptide receptor and Diuretic hormone 44 receptor 1 neuron subsets that regulate timing of female sperm ejection

Abstract

노랑 초파리 암컷은 교미 후에 다양하고 극적인 행동 변화를 겪게 되는데 우리는 이것을 일컬어 Post-mating response (PMR)이라고 한다. PMR에는 음식 섭취, 산란, 그리고 수컷의 구애 행동에 대한의 거절 행위 증가가 있다. PMR은 Sex-petide (SP)라는 리간드와 Sex peptide receptor (SPR)라는 수용체에 의하여 유도된다. SPR은 SP와는 상이한 리간드와 반응하는데 이 리간드는 Myoinhibitory peptide (MIP)이다. MIP은 노랑초파리에서 수면의 항상성을 조절하거나 장기기억 향상에 관여한다고 알려져 있다. 노랑초파리의 SPR이 어떻게 두 가지 상이한 리간드에 대하여 민감하게 반응하는지 알아보기 위하여 MIP에 대하여만 반응하는 이집트 숲 모기의 SPR의 일부분과 노랑초파리의 SPR을 조합하여 키메라 SPR을 만들었다. 이 다양한 키메라 SPR을 이용하여 노랑초파리 SPR의 3, 5, 6번 지역이, 이집트 숲 모기 SPR의 4번 지역이 SP를 수용하는 데에 중요한 역할을 하는 것을 밝혀내었다. 추가적으로 노랑초파리 SPR의 어떠한 아미노산이 이 현상에 중요한 지 알아보기 위하여 노랑초파리의 SPR을 누에 나방, 이집트 숲 모기, 바닷달팽이의 SPR과 함께 나열하였다. 이러한 결과로서 도출된 5군데의 아미노산을 서로의 것으로(노랑초파리의 것에서 이집트 숲 모기의 것으로, 혹은 그 반대로) 바꾸어 주었다. 그 결과로서, 노랑초파리 SPR의 238번 프롤린을 류신으로 바꾸어 주었을 때 SP 수용성이 감소하는 것을 관찰하였다. 또한 224번 페닐알라닌을 류신으로, 229번 프롤린을 트레오닌으로 바꾸었을 때 MIP 수용성이 감소하는 것을 관찰함으로 각 아미노산이 SP 혹은 MIP 수용성에 기여함을 밝혀내었다. 이집트 숲 모기 SPR의 296번 류신을 페닐알라닌으로, 301번 트레오닌을 프롤린으로, 310번 류신을 프롤린으로 바꾸어주었을 때, 세 경우 모두 MIP 수용성을 크게 감소시키는 것을 관찰하였다. 이를 통하여 이집트 숲 모기의 SPR에서 MIP 수용에 깊게 관여되어있는 세 가지 아미노산을 찾아내었다. 또한 나는 노랑초파리 암컷의 정자방출행동의 분자적 기작을 연구하였다. 암컷 노랑초파리의 정자방출행동에는 Diuretic-hormone 44 (Dh44)와 그것의 1번 수용체(Dh44-R1)가 중요하게 작용한다. Dh44-R1가 Dh44를 받아들인 후 어떠한 신호 경로로 정자방출행동을 조절하는지 알아보기 위하여, 첫번째로 나는 다수의 유전자들의 발현을 동시에 조절할 수 있는 마이크로알앤에이를 Dh44-R1 신경에서 과발현 시켰다. 결과적으로 나는 암컷 노랑초파리의 정자방출행동 시간을 유의하게 감소시키는 13개의 마이크로알앤에이를 발굴하였다. 후보 유전자 군을 찾기 위하여 3가지의 다른 마이크로알앤에이 목표물 추적 알고리즘을 이용하였고 많은 유전자 중에 124개의 후보 유전자를 정하였다. 124개의 유전자의 발현을 Dh44-R1 신경에서 억제시킨 결과, 3개의 유전자 murashka (mura), dally, CG1136 억제가 정자방출행동 시간을 유의하게 감소시키는 것을 관찰하였다. 이 유전자들이 정자방출행동에 중요한지 확실히 확인하기 위하여 각 유전자의 Gal4 라인을 이용하여 각 유전자를 발현하는 신경에서 Dh44-R1을 억제 시켜보았다. 결과적으로 dally 신경에서 Dh44-R1의 발현을 억제하였을 때 노랑초파리 암컷의 정자방출행동 시간이 유의하게 단축되는 것을 알 수 있었다. Dh44-R1와 각 유전자들이 같이 발현되는 부분이 중요한지 확인해보기 위하여 나는 내향성 칼륨 통로인 Kir2.1을 이 부분들에 발현시켜보았다. Dh44-R1과 mura를 같이 발현하는 부분에서 Kir2.1을 발현시켰을 경우, 노랑초파리 암컷의 정자방출행동 시간이 유의하게 감소되는 것을 확인하였다. Dh44-R1과 dally를 같이 발현하는 부분을 확인하였을 때, 노랑초파리 뇌의 AMMC와 SOZ 부분에 세포체와 신경다발이 있는 것을 관찰하였다. 또한 복부신경계에서는 넓은 신경다발이 관찰되었다. 같은 방법으로 CG1136에 대하여 적용하였을 때, 뇌의 VLP와 AMMC 지역에서 세포체와 신경다발이 있으며 이 신경다발이 PI지역까지 뻗어나가는 것을 확인하였다. 초파리의 복부신경계에서는 첫번째 체절, 두번째 체절 그리고 세번째 체절 에서 각각 두 쌍의 세포체와 신경다발이, 그리고 AG에서는 크기가 조금 더 큰 두 쌍의 세포체가 관찰되었다. 마지막으로 mura에 대하여서는 초파리 뇌의 부채체, SOZ와 AMMC의 아래쪽과 그 경계선을 따라 세포체가 있음을 확인하였다. 복부신경계에서는 넓게 뻗치는 신경다발이 있었으며 하단 쪽에 두 개의, 대칭을 이루는 세포체가 있음을 확인하였다. 결론적으로 나는, 위의 언급한 신경계의 다른 세 부분이 각기 노랑초파리 암컷의 정자방출행동을 조절하고 있음을 주장한다.