동물의 신경계의 첫 번째 완전한 배선도

동물의 신경계의 첫 번째 완전한 배선도

앨버트 아인슈타인 (Albert Einstein) 의과 대학의 연구원은 오늘 Nature 지에 온라인으로 발표 된 연구에서 전 세계적으로 과학자들에 의해 모델 유기체로 사용 된 동물의 신경 시스템 인 Caenorhabditis elegans의 완전한 배선 다이어그램을 기술합니다. 이 연구에는 남녀의 성인이 포함되어 있으며 두 집단간에 상당한 차이가 있음이 밝혀졌습니다.

이 연구 결과는 뇌, 뇌 영역 또는 신경계 에서 무수히 많은 신경 연결을 매핑하여 특정 행동을 담당하는 특정 신경 연결을 찾기 위한 노력 인 "연결 기학 (connectomics)"분야에서 획기적인 이정표가되었다 .

연구진은 유전학 교수 인 Scott Emmons 박사와 Einstein의 분자 유전학 교수 인 Dominick P. Purpura 신경 과학부와 Siegfried Ullmann 의장이 말했다. "DNA의 구조는 유전자가 어떻게 작용 하는지를 밝혀 냈고 단백질의 구조가 효소의 기능을 밝혀 냈습니다. 이제 신경계의 구조는 동물이 어떻게 행동하고 신경 연결이 어떻게 질병을 일으키는지를 드러내고 있습니다."

연구자들은 정신 분열병과 자폐증과 같은 일부 신경계 및 정신병 적 장애가 "연결 병증 ( connectopathies)"즉 "결점이있는 배선"으로 인한 문제라고 가설을 세웠습니다 . "이 가설은 몇 가지 정신 질환 이 연결성을 결정하는 것으로 생각되는 유전자의 돌연변이와 관련 이 있다는 사실을 발견함으로써 더욱 강화되었다 "고 Emmons 박사는 말했다. "Connectomics는 우리가 어떤 정신병의 기초를 이해할 수 있도록 도움을 줄 가능성이 있으며 아마도 치료법을 제안 할 것입니다."

모델 생물

C. elegans는 매우 작기 때문에 성인은 길이가 1 밀리미터에 불과하고 약 1,000 개의 세포 만 있습니다. 수백 개의 뉴런으로 이루어진 단순 신경계 (자웅 동 / 여성 섹스에서 302 개, 남성에서 385 개)가 최고입니다 수십억 번 인간의 두뇌를 이해하기위한 동물 모델. 그것은 또한 전체 게놈을 서열화 한 최초의 다세포 생물이었습니다.

Emmons 박사의 연구는 늦은 영국의 생물 학자 인 시드니 브레너 (Sydney Brenner)의 획기적인 작업에 기반을두고 있습니다. 시드니 브레너 (2002)는 C. elegans 연구를 위해 노벨 생리학 또는 의학상을 공동 수상했습니다. 브레너 (Brenner) 박사의 실험실 연구원은 실험실 회원 인 존 화이트 (John White)가 이끄는 노력으로 1986 년 C. elegans 신경계의 첫 번째지도를 출판했습니다. 수천 개의 일련의 연속 전자 현미경 사진에서 볼 수있는 신경 구조를 근면하게 분석 한 후였습니다. 각 이미지는 인간의 머리카락보다 수천 배 얇은 단면 슬라이스로 구성됩니다. 그와 그의 동료들은 수동으로 각 슬라이스 사이에 점들을 연결하여 하나의 이미지에서 다른 이미지로 구조를 연결하여 신경과 5,000 개 정도의 연결 (시냅스)을 자세하게 표현합니다.

Drs. Brenner와 White는 20 년 동안 생물학과 인간 질병 연구에 필수적인 동물 모델로서 커뮤 노믹스 (Connectomics) 분야를 시작하고 회충 (roundworm)을 설립했습니다. 그러나 비공식적으로 "벌레의 마음"이라고 불리는이지도는 벌레 몸의 많은 부분을 건너 뛰고 남녀 중 하나, 즉 남성이 아니라 남녀 모두를 포함합니다.

지휘봉 잡기

새로운 연구를 위해 Emmons 박사 팀은 새로운 회충 전자 현미경 사진과 Dr. Brenner의 오래된 전자 현미경 사진을 분석하여 특별히 개발 된 소프트웨어를 사용하여 C. elegans의 성충 전체를 대상으로 전체 성인 동물의 배선도를 작성했습니다. 다이어그램에는 신경 세포와 웜의 근육 및 기타 조직 (소화관 및 피부)과 근육 세포 간의 시냅스와 시냅스의 강도 추정치와의 연결이 포함됩니다.

"두 성별의 시냅스 경로가 실질적으로 유사하지만, 여러 시냅스의 강도가 다르므로 성별에 따른 행동을 이해할 수있는 기반을 제공합니다."Emmons 박사는 말했다. 1 차적인 성 차별은 생식 기능과 관련이있다 : 외음부 및 자궁 근육 및 자웅 동체에서 그들을 제어하는 ​​운동 뉴런; 많은 수의 뉴런, 성 근육 및 꼬리의 연결에서 수컷의 교접을위한 회로를 생성합니다. 그러나 이들을 넘어서서, 남녀가 공유하는 중심 경로의 뉴런 사이의 놀랄만 한 시냅스 수는 강도면에서 상당히 다른 것처럼 보입니다.

Emmons 박사는 "이러한 연결된 네트워크는 C. elegans 행동의 신경 제어를 해독하기위한 출발점 역할을합니다. "회충 신경계에는 인간 신경계와 같은 많은 분자가 포함되어 있기 때문에 전자에 대해 배운 것은 후자를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."