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  • 초파리 파킨슨 질병 모델에는 무엇이 있나요? 초파리 질병

    파킨슨질병은 대표적인 신경 퇴행성 질환의 하나로 도파민 신경의 퇴행과 Lewy body의 축적을 수반합니다. 파킨슨질병의 원인에는 다양한 이유가 있지만 최근에는 미토콘드리아 기능 이상과 산화 스트레스가 질병 발생에 중요한 요인이라고 보고되고 있습니다. 초파리 파킨슨질병 모델로는 사람의 파킨슨질병 관련 유전자를 인위적으로 초파리에서 발현시킨 것이나 그것의 상동체(homolog)를 돌연변이화시킨 초파리 등이 있습니다. 후술할 내용에는 특정 유전자 혹은 단백질의 발현 및 돌연변이화를 통하여 확립된 초파리 파킨슨질병 모델을 소개하고자 합니다.

     

    1) SNCA (α-synuclein: αS) (사람의 유전자)

    점돌연변이(point mutation)가 있는 사람의 α-synuclein을 인위적으로 초파리 신경에서  발현시키자 초파리의 뇌에서 도파민 신경의 손상 및 손실을 관찰할 수 있었습니다. 그 외에도 세포질의 뭉침(cytoplasmic inclusion), 수명 단축, 눈 구조의 이상이 유발되는 것을 확인하였습니다.     

     

    2) PARKIN/parkin (사람의유전자/초파리의 유전자)

    2003년 하버드의대의 Leo J. Pallanck 그룹은 E3 Ubiquitine 단백질의 접합제로 알려진 parkin 돌연변이 초파리로 실험을 진행하였습니다. 해당 초파리들은 비정상적인 미토콘드리아 구조와 날개 형태를 가지고 있었으며, 감소된 비행 능력과 이동 능력 등을 보였습니다. 추후 연구에서는 이 초파리들에게서 도파민 신경세포의 손실이 많이 일어난 것을 관찰하였습니다.

     

    3) PINK1/pink1 (사람의유전자/초파리의 유전자)

    pink1 돌연변이 초파리에서는 날개 근육의 퇴화와 미토콘드리아의 과다한 팽창을 관찰할 수 있었으며 이러한 현상들은 우화한지 오래될수록 강하게 나타났습니다. 또한 이 초파리에서도 파킨슨질병의 대표적 특징인 도파민 신경의 퇴행을 관찰할 수 있었습니다.

     

    4) LRRK2/lrrk (사람의유전자/초파리의 유전자)

    다양한 점돌연변이 형태의 LRRK2를 초파리에서 발현시킨 결과, 눈의 구조적 결함과 도파민 신경의 손실이 있음을 관찰하였습니다. LRRK2의 초파리 상동체인 lrrk 돌연변이의 경우에는 이동 능력에 결함이 생기는 것이 관찰되었습니다. 

     

    위에 서술한 4가지의 경우가 널리 알려진 초파리 파킨슨질병 모델들이고 그 외의 관련 인자들로는 DJ-1, ATP13A, GIGYF2, Omi/HtrA2 등이 알려져 있습니다. 초파리 파킨슨질병 모델의 장점으로는 질병인자들에 대한 생물학적 분석이 용이하다는 점, 유전적/생화학적 상호작용을 확인할 수 있다는 점, 빠르고 효율적인 치료제 발굴 스크리닝이 가능하다는 점 등이 있습니다. 하위 슬라이드에 있는 표를 참고하시면 이해에 도움이 될 것입니다.
     

     

    * 표 출처: Aryal B, Lee Y. Disease model organism for Parkinson disease: Drosophila melanogaster. BMB Rep. 2019;52(4):250-258. 에서 각색함.

    유사질문
    • 초파리의 유전자가 인간과 얼마나 유사한가요?
    • 왜 초파리를 연구에 쓰나요?
    References
    • 1. Feany MB, Bender WW. A Drosophila model of Parkinson's disease. Nature. 2000;404(6776):394-398.
    • 2. Greene JC, Whitworth AJ, Kuo I, Andrews LA, Feany MB, Pallanck LJ. Mitochondrial pathology and apoptotic muscle degeneration in Drosophila parkin mutants. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(7):4078-4083.
    • 3. Clark IE, Dodson MW, Jiang C, et al. Drosophila pink1 is required for mitochondrial function and interacts genetically with parkin. Nature. 2006;441(7097):1162-1166. 
    • 4. Park J, Lee SB, Lee S, et al. Mitochondrial dysfunction in Drosophila PINK1 mutants is complemented by parkin. Nature. 2006;441(7097):1157-1161.
    • 5. Yang Y, Gehrke S, Imai Y, et al. Mitochondrial pathology and muscle and dopaminergic neuron degeneration caused by inactivation of Drosophila Pink1 is rescued by Parkin. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103(28):10793-10798.
    • 6. Deng H, Dodson MW, Huang H, Guo M. The Parkinson's disease genes pink1 and parkin promote mitochondrial fission and/or inhibit fusion in Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(38):14503-14508.
    • 7. Liu Z, Wang X, Yu Y, et al. A Drosophila model for LRRK2-linked parkinsonism. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(7):2693-2698.
    • 8. Lee S, Liu HP, Lin WY, Guo H, Lu B. LRRK2 kinase regulates synaptic morphology through distinct substrates at the presynaptic and postsynaptic compartments of the Drosophila neuromuscular junction. J Neurosci. 2010;30(50):16959-16969.
    • 9. Whitworth AJ. Drosophila models of Parkinson's disease. Adv Genet. 2011;73:1-50.
    • 10. Song S, Jang S, Park J, et al. Characterization of PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1) mutations associated with Parkinson disease in mammalian cells and Drosophila. J Biol Chem. 2013;288(8):5660-5672.
    • 11. Aryal B, Lee Y. Disease model organism for Parkinson disease: Drosophila melanogaster. BMB Rep. 2019;52(4):250-258.
    파킨슨병 질병모델 유전학 상동체
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  • 실험에 주로 사용하는 초파리는 Drosophila melanogaster인데, 왜 Drosophila(속)의 melanogaster(종)를 사용하나요? 초파리 종특이성

    Drosophila melanogaster는 동물계, 절지동물문, 곤충강, 파리목, 초파리과, 초파리속, 노랑초파리종에 해당합니다. 많은 초파리속 중에서 노랑초파리가 실험에 자주 사용되는 이유는 다음과 같습니다.
     

    1) 토머스 헌트 모건이 최초로 사용한 초파리입니다.

     

    2) 그리하여 초파리속 중에서 가장 오래, 가장 많이 연구된 초파리 종이 되었습니다. 초파리를 이용하여 염색체 및  유전적 전달 메커니즘 규명, X-ray와 돌연변이생성과의 상관관계, 호메오박스 발견, 선천면역 체계 발견 및 관여 인자 규명 그리고 생체시계를 조절하는 분자 메커니즘 등 생물학에 있어 핵심적인 부분들이 많이 밝혀졌습니다.
     

    3) 이러한 전통에 기반하여 돌연변이를 포함, 특정 유전자를 과발현할 수 있는 GAL4-UAS 등 유전자 조작 시스템이 잘 확립되어 있고 이를 통하여 굉장히 많은 유전자 조작 파리들이 확보되어 있으며 여러 형질전환체 스톡 센터가 세계 곳곳에 위치해 있습니다. 초파리 스톡 센터와 각 센터의 특징, 그리고 보유 형질전환체 수는 다음 표와 같습니다.

     


     

    4) 과일의 껍질을 뚫고 알을 산란하여 농가에 큰 피해를 입히는 Drosophila suzukii 같은 해충에 속하지 않으며, 사육에 있어서 큰 어려움이 없습니다. 

     

    그림 1. Drosophila suzukii 수컷 (M)과 암컷 (F) (출처: Masayoshi Watada, Ehime University)

     

    그림 2. 과일의 껍질을 뚫는 암컷의 산란관(왼쪽, 작은 상자)와 라즈베리를 먹고 있는 Drosophila suzukii 유충(오른쪽) (출처: Tosevski et al. DROSOPHILA SUZUKII (MATSUMURA, 1931)  (DIPTERA: DROSOPHILIDAE), A NEW INVASIVE PEST IN SERBIA. Zaštita bilja. 2014; 65(3) 99-104.)

     

    초파리속(Drosophila)에는 Drosophila melanogaster 외에도 약 1,500종이 더 있는 것으로 보고 되어 있습니다. 또 더 큰 그룹인 초파리목(Drosophilidae)에는 약 4,000종이 있는 것으로 보고되어 있습니다. 한편 Drosophila melanogaster와 유전적으로 가장 가깝다고 알려진 Drosophila로는 Drosophila simulans와 Drosophila sechellia가 있습니다.  

     

    그림 3.  다양한 초파리 종류 (출처: Masayoshi Watada, Ehime University)

    유사질문
    • 초파리의 근연종에는 어떤 것들이 있나요?
    • 가정집에서 보이는 초파리와 실험에 사용되는 초파리는 어떻게 다른가요?
    • 왜 초파리를 연구에 쓰나요?
    References
    • 1. Rubin GM. Drosophila melanogaster as an experimental organism. Science. 1988;240(4858):1453-1459.
    • 2. Palmieri N, Kosiol C, Schlötterer C. The life cycle of Drosophila orphan genes. Elife. 2014;3:e01311.
    • 3. Tidon R, Almeida JM. FAMILY DROSOPHILIDAE. Zootaxa. 2016;4122(1):719-751.
    • 4. Bessa MH, Ré FC, Moura RD, Loreto EL, Robe LJ. Comparative mitogenomics of Drosophilidae and the evolution of the Zygothrica genus group (Diptera, Drosophilidae). Genetica. 2021;149(5-6):267-281.
       
    계통 분류학 유전학 해충
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  • 초파리를 연구하여 노벨상을 수상한 사례들은 어떤 것이 있나요? 해당 연구들은 초파리 모델 동물을 통하여 어떠한 것을 규명했나요? 초파리 역사/배경

    초파리 연구를 통하여 노벨상을 수상한 분들과 그들의 연구 주제와 내용을 간략히 요약하면 다음과 같습니다.

     

    1.  토마스 헌트 모건(Thomas Hunt Morgan): 초파리에서의 유전적 전달 메커니즘 발견 (1933년, 노벨 생리〮의학상)

       - 유전자가 염색체 위에 일직선으로 배열되어 있을 것임을 제시 및 규명하였습니다.

     

    2. 허먼 조지프 멀러(Hermann Joseph Muller): X-ray와 인위적 돌연변이의 상관관계 연구 (1946년, 노벨 생리〮의학상)

       - X-ray의 세기가 세질수록 초파리에서 다양한 돌연변이가 나타나는 것을 관찰하여 X-ray의 필요성 및 위험성을 알아냈습니다.

     

    3. 크리스티아네 뉘슬라인 폴하르트(Christiane Nüsslein-Volhard),  에드워드 B. 루이스(Edward Buttes Lewis), 에릭 프랜시스 위샤우스(Eric Francis Wieschaus): 초파리 초기 배아 분화를 조절하는 호메오박스 발견 (1995년, 노벨 생리〮의학상)

       - 초파리에 Ethyl methanesulfonate (EMS)를 처리하여 만든 돌연변이를 분석하여 체절의 단계적 분화를 규명하는 유전자 세트를 발견하였습니다.
     

    4. 율레스 호프만(Jules A. Hoffmann): 선천적 면역의 활성에 대한 연구(2011년, 노벨 생리〮의학상)

      - 선천적 면역의 분자 수준 메커니즘과 그에 관련된 유전자 및 발현 산물(Drosomycin, Toll 등)을 규명하였습니다.
     

    5. 마이클 로스배시(Michael Morris Rosbash), 마이클 워런 영(Michael Warren Young), 제프리 코너 홀(Jeffrey Connor Hall): 생체시계를 통제하는 분자 메커니즘 발견(2017년, 노벨 생리〮의학상)

       - 24시간 주기를 조성하는데 핵심적인 단백질(per, pdf, tim 등)들을 발견하고 이 단백질들의 생리학적 기능을 규명하였습니다.

     

     

    * 사진 출처: Nobel Foundation Archives, Nobel Media AB

     

    유사질문
    • 초파리의 염색체 개수는 몇 개 인가요?
    • 초파리도 잠을 자나요?
    References
    • 1. Sturtevant AH, Morgan TH. REVERSE MUTATION OF THE BAR GENE CORRELATED WITH CROSSING OVER. Science. 1923;57(1487):746-747.
    • 2. Muller HJ. The Problem of Genetic Modification. Zeit ind Abst und Vereb. 1927;234-260. 
    • 3. Nüsslein-Volhard C, Wieschaus E. Mutations affecting segment number and polarity in Drosophila. Nature. 1980;287(5785):795-801. 
    • 4. Lewis EB. A gene complex controlling segmentation in Drosophila. Nature. 1978;276(5688):565-570.
    • 5. Coulter D, Wieschaus E. Segmentation genes and the distributions of transcripts. Nature. 1986;321:472-474.
    • 6. Lemaitre B, Nicolas E, Michaut L, Reichhart JM, Hoffmann JA. The dorsoventral regulatory gene cassette spätzle/Toll/cactus controls the potent antifungal response in Drosophila adults. Cell. 1996;86(6):973-983. 
    • 7. Allada R, White NE, So WV, Hall JC, Rosbash M. A mutant Drosophila homolog of mammalian Clock disrupts circadian rhythms and transcription of period and timeless. Cell. 1998;93(5):791-804.
    • 8. Bargiello TA, Jackson FR, Young MW. Restoration of circadian behavioural rhythms by gene transfer in Drosophila. Nature. 1984;312(5996):752-754.
    • 9. Renn SC, Park JH, Rosbash M, Hall JC, Taghert PH. A pdf neuropeptide gene mutation and ablation of PDF neurons each cause severe abnormalities of behavioral circadian rhythms in Drosophila [published correction appears in Cell 2000 Mar 31;101(1):following 113]. Cell. 1999;99(7):791-802.
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    노벨상 수면 돌연변이 면역
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  • 초파리도 피가 있나요? 있다면 초파리의 혈액은 어떻게 채취할 수 있나요? 초파리 생리 실험방법

    초파리도 피가 있습니다. 다만 혈액과 림프액이 분리 되어있는 척추동물 및 환형동물(폐쇄혈관계)과 다르게, 무척추동물 중 절지동물에 해당하는 초파리의 경우 이 구별이 없어 혈림프(Hemolymph)(개방혈관계)라 불립니다(그림 1).

     

    그림 1. 초파리와 사람의 혈관계
     

     

    초파리의 혈액 채취 방법은 다음과 같습니다.

     

    1) 이산화탄소 패드 위에 초파리를 마취시킨 후 양면테이프를 이용하여 고정시켜줍니다.

    2) 포셉으로 초파리의 proboscis를 잡고 pitilinal suture 바로 위에 날카로운 텅스텐으로 구멍을 내줍니다(그림 2). 너무 깊게 구멍을 내어 다른 부분에 손상이 가지 않도록 주의합니다.

    3) 잘 다듬어진 나무 집게 등을 이용하여 초파리의 복부를 부드럽게 눌러 초파리 머리에 생긴 구멍에 혈림프 방울이 맺히도록 합니다.

    4) 1μl 모세관을 혈림프 방울에 닿게 하면 모세관 현상으로 혈액이 흡수됩니다. 이후 측량기를 통하여 혈림프가 얼마만큼 흡수되었는지 측정합니다.  

     

     

    그림 2. 초파리 혈액채취 방법

    유사질문
    • 초파리의 장기에 대해서 궁금해요. 사람의 장기와 비교해서 알려주세요.
    • 초파리의 유전자가 인간과 얼마나 유사한가요?
    • 초파리도 피가 있나요? 있다면 초파리 유충의 혈액은 어떻게 채취할 수 있나요?
    References
    • 1. WYATT GR, KALE GF. The chemistry of insect hemolymph. II. Trehalose and other carbohydrates. J Gen Physiol. 1957;40(6):833-847.
    • 2. Strilić B, Kucera T, Lammert E. Formation of cardiovascular tubes in invertebrates and vertebrates. Cell Mol Life Sci. 2010;67(19):3209-3218. 
    • 3. Haselton AT, Fridell YW. Insulin injection and hemolymph extraction to measure insulin sensitivity in adult Drosophila melanogaster. J Vis Exp. 2011;(52):2722.
    무척추동물 개방혈관계 혈림프 채혈
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  • 초파리 돌연변이 라인과 Deficiency 라인의 차이가 무엇인가요? 초파리 형질전환

    돌연변이(mutant) 라인은 forward genetics 방법으로 유전자의 형태학적 표현형(morphological phenotypes)으로 유전자의 돌연변이를 구분할 수 있습니다. 정상적인 상황에서 상동염색체(homologous chromosome) 사이에서 일어나는 유전자 재조합은 자연선택에서 중요한 사건입니다. 하지만 돌연변이는 염색체(chromosome)에 존재하는 특정한 대립 유전자의 변형에 따라 발생됩니다. 점 돌연변이(Point mutation), 전도(inversion), 전좌(translocation), 복합 염색체(compound chromosome), 복제(duplication) , 결손(deficiency) 등의 돌연변이가 있습니다. 정상적인 상황에서 돌연변이는 낮은 확률로 발생합니다. 인위적으로 돌연변이체 생성에는 돌연변이 유발요인(mutagen), 전리 방사선(ionizing radiations) 혹은 전이성 인자(transposable elements)의 삽입 혹은 이동(mobilization)을 이용할 수 있습니다. 최근에는 CRISPR/Cas9 기술의 도입으로 유전자 편집(genome editing)이 가능합니다. 초파리에서 대표적으로 알려진 돌연변이의 표현형으로는 눈이 있으며 이외에 몸의 크기 및 색에서도 돌연변이의 형태학적 표현형을 구분 지을 수 있습니다. (그림 1.)  

     

    그림 1. 눈 돌연변이 표현형 (Teaching and learning genetics with Drosophila. Reson. 1999;4(2):48-52.)

     

    감수 분열(meiosis) 동안 비자매 염색체(non-sister chromatids) 사이에서 단일 교차(cross-over)에 의한 inversion loop이 형성됩니다. 이때 재조합 염색체에는 여러 유전자들에 대한 결핍이 존재하게 됩니다. Deficiency는 염색체 중단점(chromosomal breakpoints)에서 결손(deletion)을 통해 만들어집니다. 유전자 결손은 유전자의 기능 상실 돌연변이(loss-of function mutation)를 보완하지 못하기 때문에 돌연변이를 특정 염색체 영역에 매핑하고, 연결된 유전자 세트(linked set of genes)의 새로운 돌연변이를 선별 및 새로운 돌연변이의 대립 유전적 강도(the allelic strengths of new mutations)를 평가하는 도구로 활용됩니다. 또한 이형 결실(heterozygous deletions)은 돌연변이 표현형의 강화 혹은 억제가 가능합니다. 한 유전자의 복제 수를 줄이면 동일한 생물학적 과정에 관여하는 다른 유전자의 비정상적인 발현으로 인한 표현형을 변화시킬 수 있습니다. 이러한 장점들로 유전학적 분석에서 Deficiency 라인들이 사용됩니다. Deficiency 라인은 Df 약어를 사용해 표기합니다. 

     

    Deficiency라인은 염색체(chromosome)에 위치한 인접한 유전자 자리 (contiguous loci)에 있는 DNA 결손에 의한 돌연변이체이며 돌연변이 라인은  mutagen 처리, FLP/FRT recombinase, 혹은 CRISPR Knock-in/knock-out을 통해 변이된 유전자를 가지는 돌연변이체 입니다. 돌연변이 라인과 deficiency라인은 목적에 따라 다릅니다. 돌연변이 라인은 특정 유전자의 변이를 통해서 생성되는 라인이며 변이되 유전자의 활성에 따라 표현형이 변화됩니다. 반면에 deficiency라인은 염색체 상에 결손이 일어난 영역을 가지는 것으로 상응하는 염색체에 위치한 유전자의 발현 조절에 따라 표현형이 나타납니다. 그래서 돌연변이 라인의 선별에 deficiency라인이 활용될 수 있습니다. 

     

    그림 2. 네 번째 염색체의 서열에 국한된 Deficiency의 결실 도메인의 예

     

     

    그림 3. 돌연변이 형질전환체 제작 방법 (https://bdsc.indiana.edu/stocks/recombinases/dfs.html)

     

    그림 4. CRISPR/Cas9 돌연변이(https://fgr.hms.harvard.edu/trip-knockout)

     

    초파리 스톡 센터에 안내되어 있는 deficiency 라인들입니다. 염색체 별로 결손이 존재하는 deficiency 라인들이 구비되어 있으며 유전자의 대립 강도를 선별하는데 활용할 수 있습니다. 

     


    그림 5. 초파리 스톡센터 Deficiency 라인 (https://bdsc.indiana.edu/stocks/df/df_descrip.html)

    유사질문
    • 대표적인 초파리 형질전환체 스톡 센터에는 어디가 있나요? 그리고 어떻게 주문해야 하는지 알려주세요.
    References
    • 1. Ranganath H. Teaching and learning genetics with Drosophila. Reson. 1999;4(2):48-52. 
    • 2. Ranganath HA, Tanuja MT. Teaching and learning genetics with Drosophila 2. mutant phenotypes of Drosophila melanogaster. Reson.1999;4(9):95-104.
    • 3. Cook RK, Christensen SJ, Deal JA, et al. The generation of chromosomal deletions to provide extensive coverage and subdivision of the Drosophila melanogaster genome. Genome Biol. 2012;13(3):R21.
    • 4. Yamamoto S, Jaiswal M, Charng WL, et al. A drosophila genetic resource of mutants to study mechanisms underlying human genetic diseases. Cell. 2014;159(1):200-214.
    • 5. Kaufman TC. A Short History and Description of Drosophila melanogaster Classical Genetics: Chromosome Aberrations, Forward Genetic Screens, and the Nature of Mutations. Genetics. 2017;206(2):665-689.
       
    돌연변이 결손 결실 유전자재조합
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  • 하얀 눈 초파리는 야생형이 아닌데 왜 실험 대조군으로 사용하나요? 초파리 형질전환

    초파리의 눈 색은 white(w), brown(bw), 그리고 scarlet(st) 유전자들에 발현이 조절되는 ATP-binding cassette 수송 단백질(ABC-transporter)에 의해 눈의 안료 과립(pigment granules) 에 전달되는 트립토판에서 합성되는 옴모크롬(ommochrome) 피그먼트 (pigment)의 양과 구아닌(guanine)에서 합성되는 프테리딘(pteridine) 피그먼트의 양에 따라 결정됩니다.

     

    w 돌연변이는 1910년도 Morgan에 의해 가장 처음으로 밝혀진 돌연변이 형으로 X연관돌연변이(X-linked mutation)으로 알려져 있습니다.  형질 전환 초파리(transgenic fly)를 제작할 때, 마이크로인젝션(microinjection)을 통해 재조합된 유전자(transgene)가 w 돌연변이 배아(w mutant embryos)에 주입됩니다. 제작되는 형질전환 파리들은 선택 마커(selection marker)로 white(w) 유전자를 가지고 있습니다.  그래서 특정한 유전자를 가지는 초파리와 w 돌연변이 초파리를 교배시켜서 다음 세대 파리를 고르는데 마커로 활용합니다. 그래서 실험 대조군으로 w 유전자 돌연변이 초파리를 대조군으로 사용합니다. 흰 눈 초파리 외에도 Canton S, Oregon R 그리고 Berlin K 와 같은 파리가 실험 대조군으로 사용됩니다. 
     

    유사질문
    • 초파리의 눈 색깔은 어떻게 결정되나요?
    References
    • 1. Sullivan DT, Grillo SL, Kitos RJ. Subcellular localization of the first three enzymes of the ommochrome synthetic pathway in Drosophila melanogaster. J Exp Zool. 1974;188(2):225-233. 
    • 2. Morgan TH. SEX LIMITED INHERITANCE IN DROSOPHILA. Science. 1910;32(812):120-122.
    • 3. Klemenz R, Weber U, Gehring WJ. The white gene as a marker in a new P-element vector for gene transfer in Drosophila. Nucleic Acids Res. 1987;15(10):3947-3959.
    • 4. Ferreiro MJ, Pérez C, Marchesano M, et al. Drosophila melanogaster White Mutant w1118 Undergo Retinal Degeneration. Front Neurosci. 2018;11:732.
    • 5. St Johnston D. Using mutants, knockdowns, and transgenesis to investigate gene function in Drosophila. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2013;2(5):587-613.
    • 6. Venken KJ, Bellen HJ. Transgenesis upgrades for Drosophila melanogaster. Development. 2007;134(20):3571-3584.
    야생형 눈 대조군 유전학
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  • 대표적인 초파리 형질전환체 스톡 센터에는 어디가 있나요? 그리고 어떻게 주문해야 하는지 알려주세요. 초파리 실험방법

    1. Bloomington Drosophila Stock Center (https://bdsc.indiana.edu/)

     

     

      - 다양한 그룹의 형질전환체 파리를 보유한 스톡 센터.

      - 유전학 tool들도 함께 존재하고 있음.

      - 제작 외에 개별로 제작된 형질전환체를 기부 받음.
     

     

    2. Vienna Drosophila Resource Center (https://stockcenter.vdrc.at/control/main)

     

      - Transgenic RNAi 스톡을 보유하고 있음.

      - RNAi 시퀀스 정보를 보유하고 있으며 off-target 정보도 함께 공유되어 있음.

     

     

    3. KYOTO Stock Center (https://kyotofly.kit.jp/cgi-bin/stocks/index.cgi)

     

     

     

    4.  DRSC/TRiP Functional Genomics Resources & DRSC-BTRR [Harvard medical school] (https://fgr.hms.harvard.edu/trip-rnai-fly-stocks)

     

     

      - 형질 전환 파리를 보유할 뿐 아니라 다양한 연구 리소스를 함께 제공함.

      - Transgenic RNAi Project (TRiP) / Drosophila RNAi Screening Center (DRSC)를 기반으로 형질전환체 파리 스톡을 보유함.

     


    [주문방법]

     

    1) 각 홈페이지에 가입을 하고 원하는 스톡 넘버를 담습니다. 

    2) 스톡이 도착하였을 경우, 먼저 안정화를 위해 스톡을 상온(RT, 25℃)에서 1주일 정도 보관합니다. 

    3) 각각의 라인별로 새 바이알(vial)에 옮겨주고 복사본을 만들어서 보관합니다.

    4) 혹시 모를 mite, bacteria, virus 감염 등을 예방하기 위해서 2-3회 바이알을 옮겨주고 스톡으로 보관합니다. 

     

     

     

    유사질문
    • 해외에서 주문한 초파리 스톡이 도착했어요. 어떤 일을 해야 하나요?
    • 초파리 돌연변이 라인과 Deficiency 라인의 차이가 무엇인가요?
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  • 초파리도 피가 있나요? 있다면 초파리 유충의 혈액은 어떻게 채취 할 수 있나요? 초파리 생리 실험방법

    초파리는 사람과 마찬가지로 두 번의 혈구 생성과정을 거쳐서 혈구 세포를 구성합니다.  배아 혈구세포(Embryonic Hemocytes)와 유충 혈구세포(Larval Derived Hemocytes-Lymph Gland)는 각각 머리 중배엽(Head Mesoderm)과 흉중배엽(Thoracic Mesoderm)에서 위치하여 발생 시기에 형성됩니다. 발생 단계별로 발현되는 마커 유전자를 통해 혈구 세포의 종류를 구분할 수 있으며 대표적으로 플라즈마 세포(Plasmatocytes), 크리스탈 세포(Crystal Cells) 그리고 판상세포(Lamellocytes)로 분류 할 수 있습니다. (그림 1.)

     

    그림 1. 

     

     

    초파리의 혈액의 채취 방법은 먼저 멸균된 PBS(Phosphate Buffered Saline) 버퍼에 놓여진 유충의 표피 일부를 절제합니다. 흘러나온 혈림프액(Hemolymph)을 PBS에 희석합니다. 그리고 피펫으로 추출된 혈액(Hemocytes)을 에피 튜브(Epi-Tube)에 담아 시료로 활용합니다. 초파리의 유충 조혈기관(Larval Derived Hemocytes-Lymph Gland)은 포셉으로 주변 조직을 분해하여 제거 후 동일하게 에피 튜브에 담아 이후 실험에 사용하게 됩니다.

     

      

    그림 2. 

     

     

    그림 3. 

    유사질문
    • 초파리의 장기에 대해서 궁금해요. 사람의 장기와 비교해서 알려주세요.
    • 초파리의 유전자가 인간과 얼마나 유사하나요?
    • 초파리도 피가 있나요? 있다면 초파리 성체의 혈액은 어떻게 채취할 수 있나요?
    References
    • 1. Holz A, Bossinger B, Strasser T, Janning W, Klapper R. The two origins of hemocytes in Drosophila. Development. 2003;130(20):4955-4962.
    • 2. Evans CJ, Liu T, Banerjee U. Drosophila hematopoiesis: Markers and methods for molecular genetic analysis. Methods. 2014;68(1):242-251.
    • 3. Petraki S, Alexander B, Brückner K. Assaying Blood Cell Populations of the Drosophila melanogaster Larva. J Vis Exp. 2015;(105):52733.
    • 4. Reimels TA, Pfleger CM. Methods to Examine the Lymph Gland and Hemocytes in Drosophila Larvae. J Vis Exp. 2016;(117):54544.
    • 5. Tattikota SG, Perrimon N. Preparation of Drosophila Larval Blood Cells for Single-cell RNA Sequencing. Bio Protoc. 2021;11(16):e4127.
    • 6. Rodrigues D, VijayRaghavan K, Waltzer L, Inamdar MS. Intact in situ Preparation of the Drosophila melanogaster Lymph Gland for a Comprehensive Analysis of Larval Hematopoiesis. Bio Protoc. 2021;11(21):e4204.
    •  
    혈구 혈액 조혈 피 해부
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  • 초파리가 들을 수 있는 음역대는 어떻게 되나요? 초파리 생리

    초파리의 경우 존스톤기관(Johnston’s Organ)이라는 곳에서 100-300Hz에 이르는 영역의 소리를 들을 수 있다고 알려져 있습니다. 존스톤기관은 초파리의 더듬이에 존재하며 소리에 의해 더듬이의 진동이 발생할 경우 더듬이에 있는 섬모에서 소리를 감지합니다. 조금 더 자세히 알아보면, 더듬이의 섬모에서는 소리에 의해 NOMPC 라고 하는 TRPN1 단백질이 활성화 되고 이 활성신호는 Nan과 Iav라 불리는 TRPV 단백질의 이형 접합체에 의해 증폭됩니다. 이렇게 증폭된 소리 신호는 결국 뇌로 전달되고 이에 따라 초파리의 행동이 변화한다고 알려졌습니다1. 

     

    초파리에게 소리를 듣는다는 것은 구애 활동에 있어 특히나 중요한 감각입니다. 교미를 하기위해 수컷 초파리는 암컷 초파리에게 날개를 흔들어 소리를 내어 구애를 하는데 이에 암컷 초파리가 수컷 초파리의 날개소리에 반응하여 수컷 초파리와 교미를 할지 결정을 하는데 영향을 준다고 합니다. 또한 재밌는 사실은 사람의 목소리가 100~250Hz이기 때문에2 초파리는 사람의 목소리를 잘 감지할 수 있다고 합니다. 

     

    유사질문
    • 초파리도 소리를 들을 수 있나요?
    References
    청각 존스톤기관 소리 파장
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  • 초파리 애벌레에서 암수 고르는 방법이 있나요? 초파리 사육관리

    초파리 애벌레는 성충판이라고 하는 기관이 존재합니다. 이는 애벌레가 성충이 되기 위해 번데기 시기를 거치는 동안 성충의 다리, 날개, 입 등이 되는 기관이며 성충의 생식기관이 될 부분 역시 애벌레 시기에 성충판으로 존재합니다. 수컷 애벌레의 경우, 암컷 애벌레의 생식기관 성충판에 비해 크기가 큽니다. 특히 생식기관 성충판은 지방체(Fat Body)라고 불리는 사람의 간과 유사한 기관에 감싸져서 존재하는데 3령이 된 수컷 애벌레를 관찰하면 지방체 사이로 수컷 생식기관의 성충판이 몸의 좌우로 크게 존재합니다. 하지만 암컷 애벌레의 경우 그 크기가 작아 성충판이 잘 보이지 않습니다. 따라서 초파리 애벌레에서 큰 생식기관 성충판을 가지고 있으면 수컷, 작은 생식기관 성충판을 가지고 있으면 암컷으로 구분해 낼 수 있습니다. 

     

    *그림출처: 조범식
     

    유사질문
    • 암컷만 나오는 파리를 만들 수 있나요?
    • 초파리 암컷 버진(Virgin)을 골라야 하는 이유는 무엇인가요?
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