연구성과 & News




스트레스-불임 연결고리 밝힐

초파리 호르몬 발견

 

- 김영준 교수팀, 초파리 암컷의 정자방출행동에 영향 미치는 호르몬규명

 

 김영준 교수+이강민 박사과정생

 

□ 국내 연구진이 사람의 스트레스 호르몬과 유사한 초파리의 신경전달물질*이 초파리의 수정 과정에서 중요한 기능을 담당하고 있음을 밝혀내, 스트레스가 사람의 임신에 미치는 영향을 연구하기 위한 중요한 이론적 기반을 제시했다.

 

* 신경전달물질(neurotransmitter): 신경세포에서 생성·분비돼 다른 신경세포나 근육 등에 신경 자극에 대한 정보를 전달하는 물질

 

  o 광주과학기술원(GIST?지스트) 김영준 교수(교신저자)가 주도하고 이강민 박사과정 학생(제1저자)이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 뇌과학원천기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 셀(Cell)의 자매지로서 생화학 및 분자생물학 분야 권위지인 커런트 바이올로지(Current Biology) 2월 20일자(한국시각) 온라인판에 게재되었다.

 

* 논문명: A neuronal pathway that controls sperm ejection and storage in female Drosophila

 

□ 스트레스는 각종 질병을 유발하며 특히 불임 등 생식질환의 원인이라고 알려져 있지만, 신경계 내에서 직접적으로 영향이 전달되는 유전자와 신경회로는 정확하게 밝혀지지 않고 있다.

 

□ 연구팀은 포유류의 스트레스를 조절하는 호르몬인 부신피질자극호르몬방출인자(CRH)*와 아미노산 서열이 유사한 초파리의 신경전달물질 Dh44*가 초파리의 수정 과정에 영향을 미친다는 사실을 새롭게 발견했다.

 

* CRH(Corticotropin-releasing hormone) : 스트레스에 대한 반응으로 시상하부에서 생성, 분비되어 부신피질자극호르몬-코르티졸로 이어지는 생리적 스트레스 반응을 일으키는 원인 물질

 

* Dh44(Diuretic Hormone 44) : 44개의 아미노산이 연결된 펩타이드 형태의 신경전달물질(신경펩타이드). CRH와 유사한 아미노산 서열을 가지며 각 호르몬을 생성하는 신경세포의 위치 또한 서로 관련이 있음. 곤충의 Dh44 수용체가 포유동물의 CRH에 반응하는 것이 확인돼 서로 유사한 호르몬으로 알려져 있음

 

 

그림1

(그림 1) 초파리 암컷의 교미 후 정자 방출

 

(A) 초파리 암컷이 교미 후 정자를 저장․방출하는 과정을 그린 그림. 교미를 통해 암컷에게 전달된 정자와 정액은 먼저 자궁에 보관되고, 정자들은 정자저장기관인 seminal receptacle과 한 쌍의 spermathecae로 이동해 저장된 후 난자와 수정을 하게 된다. 저장하고 나머지 필요 없는 정자들은 교미 후 약 1~6시간 사이에 배출된다.
(B) 초파리 암컷의 정자 방출 행동을 공초점현미경으로 촬영한 실제 사진. 형광단백질로 염색한 정자(녹색)들이 자궁에 보관되어 있다가 시간이 지남에 따라 정자저장기관으로 이동함을 보여준다.

 

 

 

  o 연구팀은 초파리의 정자 방출 행동(sperm ejection)*을 조절하는 신경계의 신호전달과정을 알기 위해 신경전달물질 중 Dh44를 포함한 신경펩타이드 45종의 생성을 억제한 초파리 암컷을 대상으로 교미 후 정자를 방출하기까지 걸리는 시간을 확인했다.

 

* 정자 방출 행동: 초파리 암컷은 수컷과의 교미 후 수정을 위한 정자를 저장하는 과정에서 저장기관에 저장하고 남은 정자, 또는 원치 않는 상대의 정자를 체외로 방출하는 행동을 보인다.

 

  o 그 결과, Dh44를 억제한 초파리 암컷들은 교미 후 10분 이내에 정자를 모두 방출하고 저장된 정자의 수 또한 감소했다. 반면 나머지 44종의 신경펩타이드를 억제한 초파리들은 정상 초파리와 마찬가지로 정자 저장 후 방출하기까지 약 1~6시간이 걸렸다.

 

 

 

그림2

(그림 2) 신경전달물질 Dh44를 억제한 암컷 초파리의 생식행동 변화

 

(A) 정상적인 초파리 혹은 Dh44 이외의 다른 신경펩타이드(신경전달물질)의 생성을 억제한 초파리는 정자를 교미 후 1시간 이상 자궁 내에 가지고 있으면서 정자저장기관에 저장한다(대조군1~2). 반면 Dh44의 생성을 억제한 초파리(실험군)는 자궁으로 정자를 받아들이는 것에는 문제가 없으나 교미 1시간 후(아랫줄 맨 오른쪽 그림)에는 자궁에 남아있거나 정자저장기관에 저장된 정자를 발견할 수 없다.

 

 

  o 또한 Dh44를 억제한 암컷의 경우 교미 후 낳은 알의 수가 정상 초파리와 비교해 30% 이하로 감소했다. 이를 통해 Dh44가 정자 방출 행동을 조절함으로써 생식 행동에 영향을 주고 있음을 확인하였다.

 

□ 김영준 교수는 “이번 연구는 사람이 스트레스를 받을 때 나오는 호르몬과 유사한 초파리의 신경전달물질이 초파리의 생식 행동에 영향을 미치고 있다는 사실을 밝혀낸 것”이라며

“스트레스를 받은 사람의 신경 반응과 불임 등 생식 관련 질환의 연관성을 연구하는 데 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다.        <끝>

 

 

 

그림3

(그림 3) 교미 후 정자 배출 행동을 하는 암컷 초파리의 신경 신호전달 과정

 

Dh44의 생성을 억제한 경우 교미 후 정자를 자궁 내에 보관하는 시간이 정상 초파리에 비해 짧아진다. 그 결과 정자저장기관에 저장된 정자의 수가 감소하고 교미 후 낳는 수정된 알의 수가 30% 이하로 감소한다.

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