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  • 초파리의 장기에 대해서 궁금해요. 사람의 장기와 비교해서 알려주세요. 초파리 생리

    초파리의 장기는 사람의 장기와 형태는 다르지만 기능적으로 유사한 면이 많습니다. 또한, 사람에게 질병을 유발하는 유전자 결함 중 약 70% 정도의 유전자가 초파리에도 보존돼 있어 인간의 질병을 연구하는 데 널리 사용되고 있습니다.  

     

    초파리의 장기가 사람의 장기와 어떻게 기능적으로 대응되는지는 아래 그림을 참고하시기 바랍니다. () 안 글씨는 각각의 장기에 대응하는 사람의 장기 이름입니다.
     

     

    * 그림출처: Bilder D et al. Nat Rev Cancer. 2021;21(11):687-700.

    유사질문
    • 초파리 애벌레는 숨을 어떻게 쉬나요?
    • 초파리와 사람의 유사성은 어느 정도 인가요?
    • 초파리도 심장이 있나요?
    References
    • 1. Bilder D, Ong K, Hsi TC, Adiga K, Kim J. Tumour-host interactions through the lens of Drosophila. Nat Rev Cancer. 2021;21(11):687-700.
    • 2. Droujinine IA, Perrimon N. Interorgan Communication Pathways in Physiology: Focus on Drosophila. Annu Rev Genet. 2016;50:539-570. 
    • 3. Ugur B, Chen K, Bellen HJ. Drosophila tools and assays for the study of human diseases. Dis Model Mech. 2016;9(3):235-244.
    • 4. Padmanabha D, Baker KD. Drosophila gains traction as a repurposed tool to investigate metabolism. Trends Endocrinol Metab. 2014;25(10):518-527.
    초파리 신경계 소화계 생식계 기관
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  • 초파리 신경망을 조절할 수 있는 분자유전학 도구에는 무엇이 있나요? 초파리 실험방법

    신경망의 신호는 전기적 자극이나 신경전달물질(neurotransmitter)의 분비를 통해 전달됩니다. 아래에 설명하는 이온 채널(ion channel) 및 신경전달물질과 관련된 단백질들을 Gal4-UAS 시스템을 이용하여 표적 신경망 특이적으로 발현을 유도/억제하면 시키면 해당 신경망의 기능을 조절할 수 있습니다. 또한 세포자멸(apoptosis)을 유도하여 신경세포를 제거하면 연결된 신경망의 기능을 억제할 수 있습니다.

     

     1) 신경 활성 유도

     

      - UAS-TrpA1: 온도에 반응하여 열리는 양이온 채널로 약 30°C의 온도에서 신경망의 활성을 유도합니다. 

     

     2) 신경 활성 억제 

     

      - UAS-Shits : 온도에 반응하여(29°C 이상) 신경시냅스에서 시냅스 소포(synaptic vesicle)의 순환을 막고 신경전달물질을 분비를 억제합니다. 

      - UAS-GtACR:  빛에 반응하여 열리는 음이온 채널로 515nm의 파란 빛을 비추면 신경망의 활성을 억제합니다.

      - UAS-TeTxLC: 신경시냅스에서 신경전달물질의 전달을 방해하는 파상풍 독소(tetanustoxin)로 신경신호 전달을 억제합니다. 

      - UAS-Receptor-RNAi: 신경전달 물질에 대한 특정 수용체의 발현을 억제하여 신경신호 전달을 억제합니다.

     

     3) 신경세포 자멸

     

      - UAS-rpr, hid: 세포자멸(apoptosis)을 유도하여 신경세포를 제거합니다. 

     

     

    유사질문
    • 초파리 신경망의 신호전달을 유도하는 방법에는 무엇이 있나요?
    • 초파리 신경망의 신호전달을 억제하는 방법에는 무엇이 있나요?
    References
    • 1. Hamada FN, Rosenzweig M, Kang K, et al. An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila. Nature. 2008;454(7201):217-220.
    • 2. Praefcke GJ, McMahon HT. The dynamin superfamily: universal membrane tubulation and fission molecules?. Nat Rev Mol Cell Biol. 2004;5(2):133-147.
    • 3. Mohammad F, Stewart JC, Ott S, et al. Optogenetic inhibition of behavior with anion channelrhodopsins. Nat Methods. 2017;14(3):271-274.
    • 4. Sweeney ST, Broadie K, Keane J, Niemann H, O'Kane CJ. Targeted expression of tetanus toxin light chain in Drosophila specifically eliminates synaptic transmission and causes behavioral defects. Neuron. 1995;14(2):341-351.
    • 5. Hsu CD, Adams SM, O'Tousa JE. Rpr- and hid-driven cell death in Drosophila photoreceptors. Vision Res. 2002;42(4):507-516.
    신경망 신호전달 세포활성 유전학
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  • 암컷만 나오는 파리를 만들 수 있나요? 초파리 형질전환

    유전형질 교배를 위해 버진 암컷을 준비하는 것은 수컷을 준비하는 것에 비해 더 많은 숙련이 필요합니다. 대량으로 버진 암컷을 모을 수 있다면 실험 준비를 위한 시간을 절약할 수 있습니다.

     

     1) 수컷 세포자멸

     

      - 생식능력을 가진 수컷은 Y 염색체를 가지고 있습니다. 여기에 세포자멸(apoptosis) 유전자를 넣어 배아 발생단계에서 발현을 유도하면 해당 유전자를 가지고 있는 수컷 초파리는 모두 죽게 됩니다.

      - 열에 반응하여 유전자 발현을 유도할 수 있는 heat-shock promoter 와 세포자멸 유전자인 hid(head involution defective)를 연결하여 일시적으로 고온에서 세포자멸을 유도할 수 있습니다. (P{hs-hid}Y)

     

     2) 수컷 제거 세포자멸 유도 방법

      - Y 염색체를 가진 초파리를 23°C 환경에서 2-3일 간 사육병에 알을 받고 성충을 모두 제거 합니다.

      - 알을 받고 4-5일 후 애벌레가 나오면 사육병을 한시간 정도 37°C 수조에 담가 세포자멸 유전자의 발현을 유도합니다. (애벌레가 열을 피해 수면위로 올라오지 못하도록 충분히 담가야 합니다.)

      - 이후 암컷 초파리만 성충으로 성장합니다.

     

     

    유사질문
    • 초파리 암컷 버진 (Virgin)을 골라야 하는 이유는 무엇인가요?
    • 초파리 애벌레에서 암수 고르는 방법이 있나요?
    • 초파리 암컷 버진을 쉽게 고를 수 있는 방법이 있나요?
    • 암컷 버진을 대량으로 모으려면 어떻게 해야하나요?
    References
    • 1. Starz-Gaiano M, Cho NK, Forbes A, Lehmann R. Spatially restricted activity of a Drosophila lipid phosphatase guides migrating germ cells. Development. 2001;128(6):983-991.
    • 2. Bloomington Drosophila Stock Cencer. Heat Treatment Method for P{hs-hid} Stocks. https://bdsc.indiana.edu/stocks/misc/hs-hid_method.html
    버진암컷 유전학 염색체 세포자멸
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  • 초파리 암컷 버진 (Virgin)을 골라야 하는 이유는 무엇인가요? 초파리 실험방법

    초파리 암컷은 한번의 짝짓기를 통해 3-400 개의 정자를 저장하고 알을 낳을 수 있습니다. Gal4-UAS 시스템 등의 실험을 위해 서로 다른 유전자의 암수를 교배하는 경우, 짝짓기를 하기 이전의 버진 암컷을 수컷과 교배해야 원하는 유전형의 자손을 얻을 수 있습니다. (버진이 아닌 암컷을 이용하면 배양에 이용한 수컷의 유전형질을 알 수 없습니다.)

     

     1) 암컷의 버진 구분

     

      - 초파리 암컷은 알에서 깨어난지 8-10시간 이내에는 짝짓기를 하지 않기 때문에 성충으로 탈피하는 파리를 8시간 마다 골라내면 짝짓기 하지 않은 버진 암컷을 골라낼 수 있습니다.

      - 초파리는 탈피 후 시간이 지남에 따라 껍질이 어둡게 변합니다. 또한 깨어난지 얼마 되지 않은 파리의 경우 배 부분에 어두운 색 반점인 meconium(태변)이 보입니다. 표피가 밝은 가운데 검은 반점이 보이는 파리를 골라내어 버진 암컷을 모을 수 있습니다.

      - 확실한 구분이 어려운 경우 암컷 만을 골라 사육 병에 두고 24 시간 동안 두고 알을 관찰합니다. 버진 암컷이 낳은 알은 무정란이므로 애벌레가 생기지 않기 때문에 버진 암컷 임을 확인할 수 있습니다.

     

     2) 수컷의 버진 구분

      - 초파리 수컷은 암컷과 달리 정자만을 제공하기 때문에 교배를 위한 수컷은 반드시 버진을 고를 필요는 없습니다.

     

    그림 1. (A, B) 깨어난 지 1시간 이내의 암컷 초파리: 배 부분이 밝고 태변(meconium)이 보임, (C) 깨어난 지 8시간 된 암컷 초파리: 배 부분이 상대적으로 어두움

    유사질문
    • 초파리 애벌레에서 암수 고르는 방법이 있나요?
    • 암컷만 나오는 파리를 만들 수 있나요?
    • 초파리 암컷의 버진은 어떻게 고르나요?
    • 수컷도 버진을 골라야 하나요?
    • 유전형질 교배에서 주의할 점은 무엇인가요?
    References
    • 1. Bloch Qazi MC, Heifetz Y, Wolfner MF. The developments between gametogenesis and fertilization: ovulation and female sperm storage in Drosophila melanogaster. Dev Biol. 2003;256(2):195-211.
    암수구분 버진암컷 유전학 번식
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  • 집안의 초파리를 잡고 싶어요 초파리 기타

    초파리는 냄새로 먹이를 찾고 여기에 모여들어서 짝짓기를 합니다. 또한 한 쌍의 파리가 알을 낳기 시작하면 열흘 이내에 수백 배로 증가하기 때문에 알을 낳을 수 있는 환경을 제거하는 것이 중요합니다.

     

     1) 초파리 트랩 제작

     

      - 종이컵에 과일 껍질이나 식초/맥주 등을 약간 담아 뚜껑을 덮고 작은 구멍을 뚫어 놓으면 파리가 모여듭니다. (식초/과일 냄새, 알콜 냄새를 좋아합니다.) 

      - 구멍이 너무 크면 파리가 드나드는 파리 집이 되기 때문에 초파리가 간신히 들어갈 정도의 크기로 작아야 합니다. (0.5 mm 이하) 

      - 세제를 조금 섞으면 파리가 그대로 빠져 죽기 때문에 처리가 쉽습니다. 

     

     2) 초파리 서식 환경 제거 

      - 주변에 먹을 것이 없어야 잘 모여들어서 초파리 트랩에 포집이 잘 됩니다.

      - 과일 껍질, 음식 쓰레기 등을 밀봉하여 파리가 모여들지 않도록 해야 합니다.

     

     

    *그림출처: Lasa R et al. PLoS One. 2017;12(11):e0188350. 

     

     

    유사질문
    • 초파리 트랩 만드는 방법을 알려주세요
    • 트랩 이외의 다른 방법에는 어떤 것들이 있나요?
    References
    • 1. Lebreton S, Becher PG, Hansson BS, Witzgall P. Attraction of Drosophila melanogaster males to food-related and fly odours. J Insect Physiol. 2012;58(1):125-129. 
    • 2. Giang T, He J, Belaidi S, Scholz H. Key Odorants Regulate Food Attraction in Drosophila melanogaster. Front Behav Neurosci. 2017;11:160. 
    • 3. Lasa R, Tadeo E, Toledo-Hérnandez RA, Carmona L, Lima I, Williams T. Improved capture of Drosophila suzukii by a trap baited with two attractants in the same device. PLoS One. 2017;12(11):e0188350. 
    퇴치 트랩 제거 번식
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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.
    •  
    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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