Developmental biology

글로벌 해양 미생물 다양성과 생물탐사에서의 잠재력 Abstract 지난 20년 동안 해양 시스템에서 수집된 미생물 게놈의 수가 눈에 띄게 증가했습니다. 그러나 이러한 해양 유전체 다양성을 생명공학 및 생의학 응용 분야로 전환하는 것은 여전히 도전 과제였습니다.여기서 우리는 공개된 해양 메타게놈에서 43,191개의 세균과 고세균 게놈을 회수하여 138개의 서로 다른 문을 포함하는 광범위한 다양성을 포괄하며, 해양 세균 게놈 크기의 상한선을 재정의하고 CRISPR-Cas 시스템과 항생제 내성 유전자 사이의 복잡한 상호작용을 밝혔습니다. 이 해양 게놈에 대한 컴퓨터 기반 생물탐사 (bioprospecting)를 통해 새로운 CRISPR-Cas9 시스템, 10개의 항균 펩타이드, 그리고 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET : polyethylene terephthalate)를 분해하는 3개의 효소를 발견했습니다. 실험실 실험에서 이들의 효과와 효능이 확인되었습니다.이 연구는 글로벌 ...

Amylase 유전자좌에서 재발생하는 진화와 선택에 의한 구조적 다양성 형성 Abstract 농업의 채택은 인간 집단에서 녹말이 풍부한 식단으로의 급격한 전환을 초래했습니다. Amylase 유전자는 녹말 소화를 돕는데, 녹말 섭취량이 많은 현대 인구 집단에서 amylase 유전자의 복제 수가 증가한 사례가 관찰되었지만, 최근 선택에 대한 명확한 증거는 부족했습니다. 여기서 우리는 94개의 long-read haplotype-resolved assembly와 약 5,600명의 현대 및 고대 인간으로부터의 short-read 데이터를 사용하여 amylase 유전자좌에서 구조적 변이의 다양성과 진화 역사를 해결했습니다. 우리는 농업 집단에서 amylase 유전자의 복제 수가 어업, 수렵, 목축 집단보다 높다는 것을 발견했습니다. 28개의 독특한 amylase 구조적 형태를 확인하고, 거의 동일한 구조가 최근 인류 역사에서 여러 haplotype 배경에서 반복적으로 발생했음을 증명했습니다. AMY1과 ...

캄브리아기 euarthropod 유충의 기관계 Abstract 캄브리아기 euarthropod의 방사적 진화는 적응력이 뛰어난 신체 구조 덕분입니다. 정교한 뇌와 특화된 섭식 부속지들은 일련의 반복된 기관계와 관절이 있는 부속지의 발달로 이루어져 있으며, 이는 Euarthropoda가 다양한 생태적 환경에서 우위를 점하게 한 근간입니다.유체역학적 lobopodous 부속지('lobopodian worms')를 가진 유충형 생물군에서 euarthropod의 신체 구조가 기원한 것은 Burgess Shale형 화석에서 얻은 데이터에 기반하고 있습니다. 그러나 이러한 보존과 관련된 압축은 내부 해부학을 흐리게 합니다. 인산염화된 미세 화석은 early crown group euarthropod에 대한 3차원적인 관점을 제공하지만, lobopodian 화석은 드뭅니다.여기서 우리는 lobopod, midgut glands, sophisticated head를 가진 3차원적으로 보존된 euarthropod 유충의 내부 및 외부 해부학을 설명합니다. 신경계의 구조는 euarthropod 뇌와 그에 연결된 ...

아프리카 청록색 킬리피시에서의 휴면 상태 진화와 고대 유전자 규제 풍경의 재구성 Abstract 휴면 상태는 생물이 극한 환경에서 생존할 수 있게 합니다. 아프리카 청록색 킬리피시는 완전한 가뭄을 이겨내기 위해 휴면을 진화시킨 것으로 알려져 있습니다. 그러나 극한 생존 상태의 진화 기전은 여전히 알려져 있지 않습니다. 휴면 진화를 이해하기 위해 우리는 다수의 킬리피시 종류의 배아에서 통합적인 멀티-오믹스 연구 (유전자 발현, 염색질 접근성 및 리피도믹스)를 수행했습니다.우리는 휴면이 모든 척추동물에 존재하는 매우 고대의 유전자 이중체 (paralogs)에서 최근에 규제 요소의 재구성을 통해 진화했다는 것을 발견했습니다. CRISPR-Cas9 기반의 간섭 실험에서는 REST/NRSF 및 FOXOs 같은 전사 인자들이 특히 휴면 유전자 발현 프로그램에서 중요하게 작용한다는 것을 확인했습니다. 이 프로그램에는 ...

물고기의 방향 청취 메커니즘 Abstract 먹이나 포식자와 같은 소리원을 찾는 것은 많은 척추동물에게 생존에 중요합니다. 육상 척추동물은 각 귀에서 소리 압력의 시간 지연과 강도 차이를 측정하여 소리원을 찾습니다. 그러나 수중에서는 소리의 물리학적 특성으로 인해 이중귀 신호가 매우 작아 방향 청취가 거의 불가능할 것으로 보입니다. 그럼에도 불구하고, 물고기의 방향 청취는 행동적으로 확인되었으나, 그 메커니즘은 수십 년 동안 알려져 왔습니다. 물고기가 미세한 이중귀 차이에 대해 극도로 민감해진 가능성이나 소리 압력과 입자 운동 신호를 비교할 수 있는 가능성 등 여러 가지 가설이 제안되었습니다. 그러나 실험적 도전으로 인해 명확한 설명이 오랫동안 제한되어 왔습니다. 이 연구에서 우리는 가장 작은 척추동물 중 하나인 투명한 전두선 물고기 ...

20년간의 연구는 16,440명의 스웨덴 어린이들을 대상으로 신생아 시절의 요인 및 바이오마커가 신경발달 장애와 어떻게 연관되는지를 조사하여, 면역 조절 불균형과 대사와의 연결고리를 밝혀내고 이를 통해 조기 진단 및 개입의 기반을 마련하였습니다. Abstract 본 연구는 20년 이상 동안 출생 코호트를 추적하여 신경발달 장애(neurodevelopmental disorder, ND)진단과 관련된 요인을 밝혀냈습니다. 세밀한 신생 종단 설문조사는 감염과 항생제 사용, 스트레스, 태내 요인, 가족력 등을 포착하고 있습니다. 산모의 탯줄 혈청 대사체 및 지질체, 인간 백혈구 항원 (human leukocyte antigen, HLA) 유전자형, 유아 미생물총, 대변 대사체를 생체지표가 측정되었습니다. 본 연구에서 추적한 16,440명의 스웨덴 어린이 중 1,197명이 ND를 진단받았습니다. 지적 장애, 언어 장애, 주의력 결핍/과잉 행동 장애, 자폐증과 같은 ...

공간적으로 조직된 세포 커뮤니티가 발생 단계의 인간 심장을 형성한다 Abstract 심장은 첫 번째로 발달하는 기관으로, 그 형태에 따라 기능이 크게 좌우된다. 하지만, 다양한 심장 세포 유형이 어떻게 공간적으로 조정되어 심장 기능에 필수적인 복잡한 형태학적 구조를 만드는지는 명확하지 않다. 여기서 우리는 single-cell RNA-sequencing과 high-resolution multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization (FISH)을 통합하여 인간 심장을 발달시키는 심장 세포 유형의 정체성을 해결했다. 이 접근법은 또한 개별 세포의 공간적 매핑을 제공하여 그들이 독특한 심장 구조를 형성하는 세포 커뮤니티로 조직되는 방식을 밝힌다. 우리는 이러한 심장 세포 유형 중 많은 수가 특정 커뮤니티에 독점적인 세부 분화군으로 더 세분화되며, 이는 세포 생태계 및 해부학적 지역에 따른 그들의 ...

뿌리 형성 및 성장에서의 cell cycle에서 SHR 및 SCR의 역할 Abstract 세포 분열을 정밀하게 제어하는 것은 다세포 생물의 발달 과정에서 올바른 패턴 형성과 성장을 위해 필수적입니다. 그러나 새로운 조직 패턴을 만들어내는 *형성 분열(formative division)과 성장을 촉진하는 증식 분열 사이의 조화는 아직 충분히 이해되지 않았습니다. 애기장대(Arabidopsis) 뿌리의 stem cell niche에서 형성 분열을 위해 필요한 전사인자로 SHORTROOT(SHR)과 SCARECROW(SCR)이 있습니다. 이 논문에서는 세포 주기 초기에 SHR과 SCR의 농도가 분열면의 방향을 결정하며, 이는 형성 분열 또는 증식 분열로 이어진다는 것을 밝혔습니다. 살아있는 뿌리의 단일 세포에서 SHR과 SCR의 동적 변화를 연구하기 위해, 연구진들은 정량적이고, 장기간에 걸쳐, 그리고 48시간까지 매 15분 주기로 light sheet와 confocal microscopy 기법을 ...

인간의 말 생성에 관한 단일 뉴런 요소 Abstract 인간은 의미 있는 언어를 생성하기 위해 극도로 다양한 조음 운동 조합을 생성할 수 있습니다. 특정한 음운 순서를 조율하고, 소수 초 동안의 시간 경과에 따라 음절 및 억양을 조절할 수 있는 이 능력은 수천 개의 단어 소리를 생성할 수 있게 하며 언어의 핵심 구성 요소입니다. 그러나 말 중에 단어를 계획하고 생성하는 데 사용되는 기본적인 세포 단위 및 구조는 대부분 알려져 있지 않습니다. 이 연구에서는 인간의 대뇌 피질 열에서 샘플링이 가능한 급성 초고밀도 Neuropixels recording을 사용하여, 자연어 말의 생성 중에 계획된 단어의 음성 배열 및 구성에 대한 상세한 정보를 암호화하는 세포를 발견합니다. 이러한 뉴런은 ...

DNA-guided 전사 인자 협력성이 안면 및 사지 중간엽을 형성한다 Abstract 전사 인자(TFs)는 거의 동일한 DNA 결합 특이성에도 불구하고 서로 다른 세포 정체성을 정의할 수 있다. Regulation의 특이성을 달성하는 한 가지 메커니즘은 DNA-guided TF 협력성이다. 비록 실험실 연구에서 이러한 협력성이 흔할 수 있다고 제안되지만, 세포 맥락에서 이러한 협력의 예는 여전히 드물다. 여기서, 우리는 'Coordinator', 많은 *basic helix-loop-helix(bHLH) 및 **homedomain(HD) TF들이 결합하는 공통 모티프로 구성된 긴 DNA 모티프가 배아의 안면 및 사지 중간엽의 regulatory 영역을 독특하게 정의하는 방법을 보여준다. Coordinator는 bHLH family 중간엽 조절자 TWIST1과 안면 및 사지의 지역 정체성과 관련된 HD 요인들의 집단 사이에서 협력적이고 선택적인 결합을 안내한다. TWIST1은 Coordinator 위치에서 ...