초파리 장 특이적 Pss 유전자 돌연변이에서 나타나는 성장 이상에 관한 연구

Abstract

Phosphatidylserine (PS)은 인지질 이중층의 주요 구성 성분 중 하나이다. PS는 소포체의 미토콘드리아 관련 막에 있는 Phosphatidyl-serine Synthase라는 효소에 의해 합성된다. 이 효소는 Pss 유전자로부터 만들어지며, 이 유전자에 이상이 생기면 초파리에서 퇴행성 신경질환을 유발한다. 초파리 Pss 유전자와 유사한 사람의 Ptdss1 유전자에 돌연변이가 일어나면 Lenz-Majewski hyperostotic dwarfism (LMHD)이라는 희귀 질환이 발병한다. 해당 질환은 왜소증과 같은 발생 및 성장 이상을 보인다. 본 연구에서는 Pss 유전자에 이상이 생기면 사람에서와 같이 개체의 성장에 이상을 주는지 확인하고자 하였다. 이를 확인하기 위해 Pss 유전자를 장세포 특이적으로 발현을 억제함으로써 번데기와 성체의 크기가 작아지는 것을 확인하였다. PS는 dAkt 신호 전달의 활성에 영향을 준다고 알려진바 있다. Akt 신호 전달 경로는 주로 세포의 성장 및 분화 그리고 종양 발생에 중요한 역할을 한다. 해당 하위 신호 전달 경로 중 세포성장 및 분화에 관여하는 dAkt - dFOXO– d4EBP 로 이어지는 신호 전달 경로를 선정하여 실험을 진행하였다. Pss 유전자 발현 Knock down에 의해 dAkt 활성이 감소 되면 dFOXO의 활성이 증가하고 d4EBP의 활성도 증가하여 그 결과 세포의 성장과 분화가 억제되는 것이라 예상하였다. 본 연구에서는 Western blot을 통해 Akt의 활성감소를 확인하였고 qRT-PCR을 통해 Pss 유전자 발현 Knock-down 돌연변이 초파리의 dFOXO와 d4EBP의 발현량 증가를 확인하였다. 추가적으로 장세포 특이적 유전자와 Akt 신호가 계속 발현되도록 하는 Akt-Constant 돌연변이(dAkt(myr), dAktc)를 재조합하여 만들고 해당 초파리에 Pss 유전자 발현 Knock down 을 발생시켜 dAkt 신호 전달 기작에 의한 회복 효과를 dAktc가 포함된 장세포 특이적 Pss 유전자 Knock down 개체의 성체 우화율 증가를 통해 확인하였다. 이러한 연구 결과들은 Pss 유전자가 초파리의 신경 활동 유지를 하는 것 이외에도 발생과 성장 과정에 있어서도 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 또한 Pss 유전자가 이러한 발생과 성장에 Akt 신호 전달 경로를 통해 작용함을 보여준다.

Pss gene encodes a phosphatidylserine synthase, which is an enzyme located in mitochondria-associated membranes (MAM). Mutation in Pss gene caused neurodegenerative diseases. Mutation in mammalian homolog of Pss caused developmental and growth defect called Lenz-Majewski Hyperostotic Dwarfism (LMHD). However, little is known about the effects of Pss gene mutation on development and growth in Drosophila melanogaster. Here, we first identified Pss gene expression pattern in 3rd instar larval stage by using GAL4/UAS system. Then, based on the expression pattern, we characterized the effects of Pss gene mutation on development and growth. Pss gene was expressed in midgut. We observed dwarfism in pupa and adults due to the knock down of Pss gene in the enterocytes. PS has been known to affect the activity of Akt signaling. The Akt signaling pathway promotes survival and growth in response to extracellular signals. Among the corresponding sub-signaling pathways, the signaling pathway leading to Akt-Foxo-4EBP involved in cell growth and differentiation was identified. 4EBP inhibits cell growth and differentiation. That is, when Akt activity is reduced by knock down of Pss gene, Foxo activity increases and 4EBP activity also increases. As a result, cell growth and differentiation are inhibited. We confirmed the increase in the expression level of 4EBP through Quantitative Real-Time PCR. These results suggest that mutation of Pss gene caused not only neurodegenerative diseases, but also development and growth defects in Drosophila melanogaster.