파리가 시력을 발달시키는 방법: 과학자들은 단일 파리를 사용합니다

연구자들은 세포 유형별 유전 도구를 만드는 새로운 방법 덕분에 발달 중인 초파리의 뇌에서 새로운 유형의 세포를 발견했습니다.

뉴욕대학교 연구진은 초파리의 시각 시스템에서 새로운 세포 유형을 발견했는데, 이는 발달 과정에서 뉴런을 찾아 라벨을 붙이는 도구를 개발함으로써 가능해졌습니다.

미국국립과학원회보(PNAS) 저널에 발표된 이 연구는 단일 세포 염기서열 분석 데이터와 새로운 알고리즘을 결합하여 이전에 알려지지 않았던 초파리 뇌의 세포를 가리키는 유전자 쌍을 식별했습니다.

초파리(초파리라고도 함)는 오랫동안 뇌의 발달과 기능에 대한 근본적인 질문을 연구하기 위한 모델 유기체로 사용되어 왔습니다. 인간에서 발견되는 860억 개의 뉴런 대신 초파리에는 약 100,000개의 뉴런이 있어 뇌에 대한 연구를 보다 관리하기 쉽지만 여전히 복잡한 노력으로 만듭니다.

초파리의 다양한 유형의 세포를 구별할 수 있는 유전 도구의 사용은 뇌의 신경 회로 연구에 혁명을 일으켰으며, 이를 통해 과학자들은 회로 발달, 기능 및 행동을 정확한 방식으로 이해할 수 있게 되었습니다.

“중추신경계의 특징은 다양한 기능을 담당하는 다양한 세포 유형이 있다는 것입니다.”라고 NYU 생물학 및 신경과학 실버 교수이자 해당 연구의 수석 저자인 Claude Desplan이 말했습니다.

Desplan 연구실의 이전 연구에서는 단일 세포 서열 분석을 사용하여 발달 중인 초파리의 시각 시스템에 약 200가지 세포 유형이 있음을 확인했습니다. 단일 세포 시퀀싱은 유전자 발현을 나타내므로 세포가 동일한 유전자 발현 패턴을 가질 경우 동일한 작업을 수행할 가능성이 높으며 따라서 동일한 세포 유형입니다.

과학자들은 유전자 발현과 이전 연구를 바탕으로 발달 중인 초파리의 시각 시스템에서 대략 200가지 세포 유형 중 절반을 식별할 수 있었지만 나머지 100가지 세포 유형을 더 쉽게 연구하고 분류할 수 있는 방법이 부족했습니다. 성체 초파리의 신경 회로를 정밀하게 조작할 수 있는 기존 도구는 발달 중에 동일한 뉴런에 라벨을 붙이지 못하는 경우가 많았기 때문에 이러한 도구는 발달 중인 뇌의 세포를 연구하는 데 부적합했습니다.

“게다가 세포 유형을 식별하기 위한 이전 접근 방식에는 수많은 유전자 후보 조합에 대한 힘든 테스트가 포함되었습니다. 우리는 특정 세포 유형을 라벨링하기 위해 훨씬 더 효율적인 접근 방식이 필요하다는 것을 알았고, 점점 늘어나는 단일 세포 시퀀싱 데이터를 활용할 수 있었습니다."라고 NYU 생물학과 박사후 연구원인 Yu-Chieh David Chen은 말했습니다. 그리고 연구의 첫 번째 저자.

Chen과 그의 동료들은 특정 세포 유형에서만 발현되는 유전자 및 유전자 조합을 식별하기 위해 개발 중인 초파리 시각 시스템을 위한 광범위한 단일 세포 시퀀싱 데이터를 활용하는 도구를 만들었습니다.

세포 유형을 찾기 위해 연구자들은 일반적으로 유전적 표지, 즉 세포 유형에 특정한 단일 유전자를 찾습니다. 그러나 종종 유전자는 여러 세포 유형에서 발현되므로 하나의 유전자를 사용하여 이들 사이를 구별하기가 어렵습니다. NYU 연구진이 개발한 도구는 약간 다른 접근 방식을 사용합니다. 즉, 한 가지 세포 유형에서만 겹치는 두 개의 유전자를 찾는 것입니다.

연구진은 단일 세포 RNA 염기서열 분석 데이터를 자신이 만든 알고리즘에 입력함으로써 여러 발달 단계에서 초파리의 시각 시스템에 있는 대부분의 세포 유형에서 고유하게 발현되는 유전자 쌍을 체계적으로 식별했습니다. 그러한 유전자 쌍 중 하나가 새로운 세포 유형인 MeSps의 발견으로 이어졌습니다.

Chen은 “초파리의 시각 시스템을 오랫동안 연구해 왔음에도 불구하고 우리는 이전에 이러한 세포 유형을 본 적이 없었습니다.”라고 말했습니다.

향후 연구에서는 MeSps의 개발과 기능(예: 색상, 움직임 또는 기타 빛의 특징을 감지하는지 여부)을 조사할 예정이지만 이러한 연구 방식은 새로운 도구를 통해 가능해질 것입니다.

연구자들은 단일 세포 데이터가 이용 가능한 한 그들의 도구가 발달 중인 초파리의 시각 너머의 다른 시스템을 연구하는 데에도 사용될 수 있다고 지적합니다. 더욱이, 하나의 단일 마커 유전자 대신 마커 유전자 쌍을 찾는 논리는 다른 종의 연구에 적용될 수 있습니다.