공룡의 표본 골격을 관찰하면, 척추가 정연하게 늘어선 아름다운 반복 구조에 응할 수 있을 것이다.
이 정확한 규칙성은 어디에서 오는가.동물의 몸이 형성되는 발생 과정은 매우 정확하게 제어되고 있는 한편, 세포 하나 하나는 흔들림(노이즈)으로 가득 차 있다.그럼에도 불구하고 몸이 왜 정확하게 만들어지는지는 생물학에 있어서 큰 수수께끼였다고 혼다 나오키 교토대학 준교수 및 마쓰이 타카키나라 첨단과학기술대학원대학 준교수의 연구그룹은 말한다.
이번에 본 연구 그룹은 척추의 기초가 되는 체절이라고 불리는 반복 구조의 형성에 주목했다.지금까지의 연구에서 일정 시간 간격으로 활성화하는 유전자가 "체내 시계"의 역할을 수행하고, 이 리듬에 맞추어 ERK라는 분자가 불활성화함으로써 균일한 체절이 만들어지는 것, 시계가 작동하지 않으면 체절이 불균일해지는 것으로 알려져 있었지만 시계가 체절의 재현성을 보장하는 메커니즘은 알려지지 않았습니다.
본 연구에서는 체절 형성을 컴퓨터로 시뮬레이션하는 수리 모델을 이용하여 노이즈의 영향과 ERK 활성의 거동을 조사했다.그 결과, 시계가 없는 상황에서는, 소음의 영향이 세포끼리의 커뮤니케이션에 의해 전파됨으로써 세포 전체의 협조성이 상실되고, ERK의 불활성화가 불규칙한 타이밍에 일어나는 한편, 시계가 리듬을 새긴다 의 상황에서는, 노이즈 전파가 셧아웃 됨으로써 세포들의 협조성이 높아져, ERK의 불활성화가 일정 간격으로 정확하게 일어나는 것을 알았다.또한이 수리 모델의 타당성은 Zebrafish 배아를 사용하여 입증하는 데 성공했습니다.
시계의 리듬이 노이즈를 캔슬하는 효과를 갖고, 지휘자처럼 세포들을 협조시켜 체절 형성을 컨트롤하는 것을 밝힌 이 성과는 인간의 발생 질환(척추 늑골 이상증 등)의 예방 또는 치료로 이어질 수 있습니다.
