관련 연구 기사 Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. Starvation은 병렬 신경 조절 회로를 통해 식욕적인 후각 행동의 공동 조절을 촉진합니다. eLife4 : e08298. doi : 10.7554 / eLife.08298
Image Hunger는 파리 후각 시스템이 음식 냄새를 처리하는 방식을 변경합니다.
일반적인 표현은 ‘식초보다 꿀로 더 많은 파리를 잡을 수있다’고 믿게합니다. 그러나 이것은 초파리 Drosophila melanogaster의 경우에는 사실이 아닙니다 (xkcd, 2007). 성충은 과일이 발효됨에 따라 축적되는 아세트산 (식초에 매운 향을주는 화학 물질)을 감지하기 위해 냄새 감각에 의존하여 과숙 한 과일에서 미생물을 사냥합니다. 그러나 파리는 낮은 수준의 식초 (과일이 충분히 익지 않았 음을 나타냄)와 높은 수준의 식초 (과일이 썩을 수 있음을 나타냄)를 무시하거나 심지어 피하는 경향이 있습니다.
이제, eLife에서 Jing Wang과 샌디에이고 캘리포니아 대학의 동료 (제 1 저자 인 Kang Ko 포함)는 배 고플 때 더 넓은 범위의 식초 냄새 농도를 추구 할 수있는 파리의 뇌에서 일어나는 일을 우아하게 밝힙니다 (Ko et al., 2015). 그들의 데이터는 또한 기아가 이전에 예상했던 것보다 후각 정보의 초기 처리에 더 미묘한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 굶주림은 음식 냄새에 대한 파리의 민감도를 조정하는 것 이상의 역할을합니다. 대신, 그것은 파리가 최적이 아닌 식품 공급원을 먹도록 장려하는 특정 반응 (흥분성 및 억제 성 모두)을 유발합니다. 그렇게함으로써 Ko et al. 배고픔 신호가 좋은 음식과 나쁜 음식을 구별하는 능력을 손상시키지 않도록 공복에 장보기를하는 것은 현명하지 않다는 개념을 뒷받침하는 추가 증거를 제공 할 수 있습니다.
Ko et al. “의 연구 초파리에서이 중요한 음식 냄새에 대한 정보를 처리하는 방법을 다루는 일련의 연구의 정점입니다. 초파리에서 인간과 다른 척추 동물과 마찬가지로 특정 휘발성 화학 물질을 감지하는 후각 뉴런은 내부의 개별 시냅스 클러스터에 연결됩니다. 사구체라고하는 뇌. 동일한 화학 물질을 감지하는 후각 뉴런은 모두 동일한 사구체에 연결됩니다. 농도에 따라 식초 냄새는 초파리 뇌에있는 40 개 정도의 사구체 중 6 ~ 8 개를 활성화합니다. 그러나 Wang의 이전 획기적인 연구 그룹은 DM1로 불리는 단일 후각 사구체의 활동이 식초에 대한 파리의 매력 대부분을 설명 할 수 있음을 밝혔다 (Semmelhack and Wang, 2009). DM1에 연결된 수용체를 끄면 파리가 식초 냄새를 무시하게되었습니다. 반면에, ‘변칙적’파리 (즉, 거의 모든 후각을 잃은 파리)에서 DM1 뉴런의 활동 만 복원하는 것만으로도 식초에 다시 끌리는 데 충분했습니다.
높음 식초의 농도는 DM5라고하는 하나의 추가 사구체를 모집하고 DM5 자체의 활동은 냄새가 너무 강한 경우 파리가 식초를 피하는 이유를 설명 할 수 있습니다 (Semmelhack and Wang, 2009). 따라서 DM1과 DM5 (각기 다른 식초 냄새 농도에서 활성화 됨) 간의 경쟁적 상호 작용은 궁극적으로 파리가 잠재적 인 식품 공급원에 접근할지 또는 멀리 떨어져 있는지 여부를 결정할 수 있습니다.
기아는에 중대한 영향을 미칩니다. 동물의 행동과 굶주린 파리는 먹이를 먹인 파리보다 훨씬 더 빨리 식초가 든 음식을 조금 더 빨리 찾습니다 (Root et al., 2011). 인슐린 호르몬은이 효과를 간접적으로 매개합니다. 기아는 인슐린 수치를 급감시켜 궁극적으로 DM1 후각 뉴런이 특정 수용체 단백질의 발현을 증가시키는 일련의 사건을 유발합니다. 이 수용체는 ‘짧은 신경 펩티드 F’라는 신호 분자를 감지합니다. 수용체에 결합하면이 신경 펩티드는 DM1 활성을 효과적으로 증폭하거나 ‘이득’을 높입니다. DM1 뉴런이 초파리의 식초에 대한 매력을 제어하기 때문에이 발견은 인슐린 신호가 배고픈 파리가 음식을 더 넓게 보이도록 유도하는 방법을 우아하게 설명하는 것처럼 보였습니다.
이게 전체 이야기가 아니라는 사실이 밝혀졌습니다. 시험 된 냄새 농도의 범위를 확장함으로써 Ko 등은 이제이 메커니즘이 배고픈 파리가 낮은 식초 냄새 농도로 끌리는 방법만을 설명한다는 것을 발견했습니다. 농도가 높을수록 굶주린 파리는 여전히 먹이를 먹인 대조군보다 더 강력하게 식초 식품을 추구합니다. 짧은 신경 펩티드 F에 의해 매개되는 신호가 감소 할 때 (Ko et al., 2015). 추가 신경 펩티드가이 차이를 설명 할 수 있습니까?이 누락 된 굶주림 신호를 찾기 위해 Ko et al.은 다른 수용체 단백질을 조사하여 증가 된 수용체 단백질을 찾습니다. 기아의 결과로 감각 뉴런에서.타 키키 닌 수용체 (줄여서 DTKR라고 함)는 특히 파리의 후각 뉴런의 반응을 조절할 수 있다는 것이 알려 졌기 때문에 강력한 후보로 떠 올랐습니다 (Ignell et al., 2009).
Ko et al.의 나머지 이야기는 논리적 대본을 아름답게 따르고 있습니다. DTKR 수준을 낮추면 식초 냄새 농도가 높지만 낮지는 않은 배고픈 파리에서 실제로 먹이 찾기 행동이 감소했습니다. 유사하게 DM5 (고농도의 식초를 피하는 사구체)는 굶주린 파리에서 덜 활동적 이었으나 DTKR이 쓰러 졌을 때 그 활동이 급식 파리의 활동으로 회복 될 수있었습니다. 마지막으로 Ko et al. 인슐린이 굶주린 파리에서 DTKR의 상류에 작용할 가능성이있는 신호로 확인되었습니다.
이 데이터를 종합하면 굶주린 파리에서 인슐린 수치가 떨어지면 짧은 신경 펩티드 F와 타 키키 닌을 포함하는 두 가지 보완적인 신경 펩티드 신호 전달 시스템이 트리거되는 모델이 제시됩니다. . 하나는 DM1 사구체에서 신호를 전달하는 데 도움을 주어 파리가 매력적인 음식 냄새에 더 민감하게 만듭니다. 동시에 다른 하나는 DM5에서 전송을 차단하여 파리가 일반적으로 불쾌하거나 혐오스러운 냄새를 피할 가능성을 줄입니다. 이러한 시스템을 함께 사용하면 부족한시기에 파리가 최적이 아닌 식량 공급원을 찾을 수 있습니다 (그림 1).
식초 (또는 아세트산)는 과일 발효 과정의 궁극적 인 산물이기 때문에 초파리가 식초 냄새에 끌립니다. 그러나 저농도 및 고농도의 식초 냄새는 무관심하게 날아갑니다 (왼쪽). 낮은 농도는 과일이 잘 익은 (녹색 바나나)을 나타내는 반면 높은 농도는 썩은 (갈색 바나나)을 의미하기 때문입니다. 배고픈 파리는 기아로 인한 낮은 수준의 인슐린이 후각 반응을 재 형성하는 두 가지 별개의 신경 펩티드 신호 시스템을 유발하기 때문에 다르게 행동합니다 (오른쪽). 배고픈 파리에서 짧은 신경 펩티드 F (sNPFR이라고 함)에 대한 수용체는 후각 뉴런의 하위 집합에서 상향 조절됩니다. 이것은 DM1 사구체 내의 신호 전달을 돕고, 이는 매력적인 음식 냄새의 낮은 농도에 대한 민감도를 증가시킵니다. 동시에, 상승 된 타 키키 닌 신호 (DTKR 수용체를 통해)는 DM5 사구체 내에서 신호의 전달을 억제합니다. 이렇게하면 일반적으로 불쾌한 냄새 (예 : 고농도 식초)를 피할 수 있습니다. 이러한 효과를 함께 사용하면 최적이 아닌 식품 공급원을 찾을 수 있습니다 (잘 익은 썩은 바나나를 가리키는 녹색 화살표로 표시됨). DM1과 DM5는 파리 뇌의 더듬이 엽 (AL)에서 발견되는 특정 사구체이며, 색상 강도는 먹이를 먹은 파리와 배고픈 파리에서 활성화 강도를 나타냅니다.
이 연구는 뇌가 감각 자극을 계산하는 방법을 연구하는 플랫폼으로서 파리 모델의 강점을 강력하게 보여줍니다. 영리한 행동 분석에서 정교한 유전자 조작 및 뇌 활동 영상에 이르기까지이 연구는 동물의 내부 상태 (즉, 배고픈 지 여부)에 따라 중요한 감각 신호가 다른 방식으로 처리되는 방법을 설명합니다. 파리에 대한 진실은 적어도 대략적으로는 인간에 대한 진실이기 때문에 연구 분야는 이제 전부는 아니더라도 많은 동물 종에 적용 할 수있는 감각 처리 원리를 기여할 수있을 정도로 무르 익었습니다.
