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문어와 인간 두뇌의 공통점

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요약: 문어는 척추동물에서 발생하는 것과 유사한 발달을 반영하여 신경 조직에서 엄청나게 확장된 miRNA 레퍼토리를 가지고 있습니다. 연구 결과는 miRNA가 복잡한 뇌의 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 시사합니다.

원천: MDC

문어, 오징어, 갑오징어와 같은 두족류는 복잡한 신경계를 가진 매우 지능적인 동물입니다. “Science Advances”에서 Max Delbrück Center의 Nikolaus Rajewsky가 이끄는 팀은 이제 그들의 진화가 microRNA 레퍼토리의 극적인 확장과 연결되어 있음을 보여주었습니다.

진화 역사를 충분히 거슬러 올라가면 인간과 두족류의 마지막 공통 조상인 최소한의 지능과 단순한 안점을 가진 원시 벌레 같은 동물을 만나게 됩니다.

나중에 동물계는 등뼈가 있는 것과 없는 것, 이렇게 두 그룹의 유기체로 나눌 수 있습니다.

척추동물, 특히 영장류와 다른 포유류는 다양한 인지 능력을 가진 크고 복잡한 뇌를 발달시켰지만 무척추동물은 그렇지 않았습니다.

한 가지 예외가 있습니다: 두족류.

과학자들은 오랫동안 왜 그렇게 복잡한 신경계가 이 연체동물에서만 발달할 수 있었는지 궁금해했습니다. 이제 미국 Max Delbrück Center와 Dartmouth College의 연구원들이 이끄는 국제 팀이 가능한 이유를 제시했습니다.

“에 게재된 논문에서과학 발전”, 그들은 문어가 척추동물에서 발생하는 유사한 발달을 반영하여 신경 조직에서 마이크로RNA(miRNA)의 대규모로 확장된 레퍼토리를 가지고 있다고 설명합니다. “그래서 이것이 우리와 문어를 연결하는 것입니다!” Max Delbrück Center(MDC-BIMSB)의 베를린 의료 시스템 생물학 연구소 과학 책임자이자 Gene Regulatory Elements Lab의 시스템 생물학 책임자이자 논문의 마지막 저자인 Nikolaus Rajewsky 교수는 말합니다. 그는 이 발견이 아마도 miRNA가 복잡한 뇌의 발달에 근본적인 역할을 한다는 것을 의미한다고 설명합니다.

2019년 Rajewsky는 문어에 대한 유전자 분석에 관한 간행물을 읽었습니다. 과학자들은 이 두족류에서 많은 RNA 편집이 일어난다는 것을 발견했습니다. 즉, RNA를 재암호화할 수 있는 특정 효소를 광범위하게 사용한다는 의미입니다.

Rajewsky는 “문어가 편집에 능숙할 뿐만 아니라 다른 RNA 트릭도 가질 수 있다는 생각이 들었습니다.”라고 회상합니다. 그래서 그는 나폴리에 있는 Stazione Zoologica Anton Dohrn 해양 연구소와 공동 작업을 시작했습니다. 그곳에서 죽은 문어에서 추출한 18가지 유형의 조직 샘플을 그에게 보냈습니다.

이러한 분석의 결과는 놀라웠습니다. “실제로 많은 RNA 편집이 진행되고 있었지만 우리가 관심을 가질 것으로 생각하는 영역에서는 그렇지 않았습니다.”라고 Rajewsky는 말합니다.

가장 흥미로운 발견은 사실 잘 알려진 RNA 유전자 그룹인 microRNA의 극적인 확장이었습니다. 특히 신경 조직과 대부분 뇌에서 총 42개의 새로운 miRNA 계열이 발견되었습니다.

이 유전자들이 두족류 진화 동안 보존되었다는 점을 감안할 때, 팀은 그들이 분명히 동물에게 유익했고 따라서 기능적으로 중요하다고 결론지었습니다.

Rajewsky는 20년 이상 miRNA를 연구해 왔습니다. 세포에서 단백질 생산에 대한 지침을 전달하는 메신저 RNA로 번역되는 대신, 이 유전자는 메신저 RNA에 결합하여 단백질 생산에 영향을 미치는 작은 RNA 조각을 암호화합니다.

이러한 결합 부위는 또한 두족류 진화 전반에 걸쳐 보존되었습니다. 이는 이러한 새로운 miRNA가 기능적으로 중요하다는 또 다른 표시입니다.

새로운 마이크로RNA 제품군

“이것은 동물계에서 세 번째로 큰 microRNA 계열의 확장이며 척추동물 외에는 가장 큰 확장입니다.”라고 프라하에서 의대를 마치는 동안 MDC-BIMSB의 Rajewsky 연구실에서 인턴으로 일한 우크라이나 과학자이자 주 저자인 Grygoriy Zolotarov 박사는 말했습니다. . , 그리고 나중에.

“규모에 대한 아이디어를 제공하기 위해 연체 동물이기도 한 굴은 문어와 공유한 마지막 조상 이후 단 5개의 새로운 마이크로 RNA 계열을 획득한 반면 문어는 90개를 획득했습니다!” Zolotarov는 굴이 지능으로 정확히 알려져 있지 않다고 덧붙였습니다.

문어에 대한 Rajewsky의 매력은 몇 년 전 캘리포니아의 Monterey Bay Aquarium을 저녁에 방문하는 동안 시작되었습니다. “나는 이 생물체가 탱크 바닥에 앉아 있는 것을 보았고 우리는 서로를 바라보며 몇 분을 보냈습니다. 그래서 나는 생각했습니다.”

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그는 문어를 보는 것과 물고기를 보는 것은 매우 다르다고 말합니다. 문어는 인간과 비슷하게 복잡한 “카메라” 눈을 가지고 있습니다.

진화론적 관점에서 문어는 무척추동물 중에서 독특합니다. 그들은 중앙 뇌와 말초 신경계를 모두 가지고 있습니다. 이 신경계는 독립적으로 행동할 수 있습니다. 문어가 촉수를 잃어도 촉수는 여전히 민감하여 움직일 수 있습니다.

문어는 어린 동물에서 볼 수 있듯이 복잡한 “카메라” 눈을 가지고 있습니다. 크레딧: Nir Friedman

문어만이 이처럼 복잡한 뇌 기능을 발달시킨 이유는 그들이 팔을 예를 들어 껍질을 여는 도구로 매우 의도적으로 사용한다는 사실에 있을 수 있습니다.

문어는 또한 지능의 다른 징후를 보여줍니다. 그들은 매우 호기심이 많고 사물을 기억할 수 있습니다. 그들은 또한 사람들을 알아볼 수 있고 실제로 다른 사람들보다 더 좋아합니다.

연구원들은 잠자는 동안 피부색과 피부 구조가 바뀌기 때문에 꿈을 꾸고 있다고 믿습니다.

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외계인 같은 생물

Rajewsky는 “외계인을 만나고 싶으면 다이빙을 하고 문어와 친구를 사귀라고 합니다.”라고 말합니다.

그는 이제 다른 문어 연구자들과 힘을 합쳐 과학자들 사이에 더 많은 교류를 할 수 있는 유럽 네트워크를 형성할 계획입니다. 커뮤니티는 현재 소규모이지만 Rajewsky는 문어에 대한 관심이 행동 연구자들 사이를 포함하여 전 세계적으로 증가하고 있다고 말합니다.

그는 우리 자신과 완전히 독립적으로 발달한 지능의 한 형태를 분석하는 것이 흥미롭다고 말합니다. 하지만 쉽지 않다. 적어도 제 동료들은 그렇게 말합니다.”라고 Rajewsky는 말합니다.

“문어는 전형적인 모델 유기체가 아니기 때문에 우리의 분자 생물학적 도구는 매우 제한적이었습니다.”라고 Zolotarov는 말합니다. “그래서 우리는 아직 어떤 유형의 세포가 새로운 마이크로RNA를 발현하는지 정확히 알지 못합니다.” Rajewsky의 팀은 현재 Rajewsky의 연구실에서 개발된 기술을 적용하여 문어 조직의 세포를 분자 수준에서 볼 수 있도록 할 계획입니다.

이 유전학 및 진화 신경과학 연구 뉴스에 대해

작가: 야나 슐뤼터
원천: MDC
연락하다: 야나 슐뤼터 – MDC
영상: 이미지 출처: Nir Friedman

원래 연구: 오픈 액세스.
Nikolaus Rajewsky et al. 과학 발전


추상적인

MicroRNA는 복잡한 문어 뇌의 출현과 깊은 관련이 있습니다.

문어와 같은 연체 두족류는 척추동물과는 독립적으로 진화한 매우 복잡한 신경계를 가진 매우 지능적인 무척추동물입니다. 그들의 신경 조직에서 높은 RNA 편집으로 인해 우리는 RNA 조절이 이 그룹의 인지적 성공에 중요한 역할을 할 수 있다는 가설을 세웠습니다.

따라서 우리는 18개 조직을 포함하여 3개의 두족류 종에서 메신저 RNA와 작은 RNA를 프로파일링했습니다. 낙지 불가리스. 연체 두족류의 주요 RNA 혁신은 마이크로RNA(miRNA) 유전자 레퍼토리의 확장임을 보여줍니다.

이러한 진화적으로 새로운 miRNA는 성인 신경 조직에서 그리고 발달 중에 주로 발현되었으며, 따라서 기능적 표적 부위가 보존되어 있을 가능성이 있습니다. 비교할 수 있는 유일한 miRNA 확장은 특히 척추동물에서 발생했습니다.

따라서 우리는 miRNA가 복잡한 동물 두뇌의 진화와 밀접하게 연결되어 있다고 제안합니다.

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