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고슴도치 유전자의 경이로움: 이 유전자는 어떻게 초파리의 신체 구조를 결정하는가?
발생생물학 분야에서 우리는 종종 다음과 같은 근본적인 질문에 직면합니다. 비교적 단순한 알이 어떻게 복잡하고 질서 있는 신체 구조로 변화하는가? 이러한 의문은 배아 세포 분화에 영향을 미치고 생물체의 정상적인 발달을 보장하는 데 필수적인 신호 전달 경로인 헤지호그(Hh) 유전자에 대한 심층적인 연구로 이어졌습니다.
헤지호그 신호 전달 경로는 동물 발달에 중요한 역할을 하며 모든 양측 동물에 존재합니다.
헤지호그 유전자는 초파리(Drosophila melanogaster)의 발달에 필수적이다. 연구에 따르면 Hh 유전자가 없는 과일파리 유충은 고슴도치와 비슷한 모양을 띠는데, 여기서 이 유전자의 이름이 유래했습니다. Hh 유전자는 초파리의 신체 구조 기반을 확립하는 데 중요한 역할을 하는 "분절 극성 유전자" 그룹의 일부로 분류됩니다. 이 과정은 배아 발달과 그에 따른 형태발생 과정에서 중요한 역할을 한다.
초파리와 비교했을 때 포유류는 사막(DHH), 인디언(IHH), 소닉(SHH)이라는 세 가지 헤지호그 동족을 가지고 있습니다. 이들 중 소닉 헤지호그는 가장 많이 연구되었으며 척추동물의 배아 발달에 중요한 역할을 하는 것으로도 알려져 있습니다. 비정상적인 헤지호그 경로 기능을 가진 쥐는 뇌, 뼈, 근육, 위장관, 폐 등의 장기가 정상적으로 발달할 수 없어 과학자들의 폭넓은 관심을 받고 있습니다.
연구에 따르면 헤지호그 신호 전달 경로도 성체 줄기세포의 유지와 재생을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다.
1970년대에 크리스티아네 뉘슬라인-폴하르트와 에릭 비샤우스는 포화 돌연변이를 이용하여 초파리 몸의 전후 축 발달에 영향을 미치는 유전자를 분리하는 데 성공했습니다. 이들의 연구는 진화발달생물학의 기초를 마련하였으며 1995년에 노벨상을 수상했습니다. 이후, 헤지호그 유전자는 초파리의 신체 구조와 모양에 영향을 미치는 핵심 유전자 중 하나로 확립되었습니다.
헤지호그 신호 전달 경로의 작동 메커니즘은 매우 복잡하며 수많은 세포 내 단백질이 관련되어 있습니다. 초파리에서 대표적인 예로는 Hh 단백질이 세포 표면의 Patched (PTCH) 단백질에 결합하고, Hh 단백질이 없는 경우 PTCH는 Smoothened (SMO) 단백질의 활동을 억제합니다. Hh가 PTCH에 결합하면 SMO를 방출하고 하위 신호의 전달을 시작하고 궁극적으로 하위 유전자의 전사를 조절합니다.
발달 중에 Hedgehog와 Wingless 신호 간의 상호 작용은 배아에서 명확한 경계를 형성하여 과일 파리의 신체 분할에 영향을 미칠 뿐만 아니라 사지, 눈, 뇌, 생식선, 장 및 호흡 기관의 발달에도 영향을 미칩니다. . 고슴도치는 주요 세포의 증식을 촉진하는 등 성체에서도 중요한 역할을 합니다.Hh가 세포 밖에 있을 때, 그 존재는 효과적으로 이웃 세포에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 국소적 효과는 Hedgehog의 주요 기능 중 하나입니다.
헤지호그 경로의 비정상적인 활성화는 많은 암의 발병과 관련이 있습니다. 많은 연구에 따르면 헤지호그 경로는 뇌, 폐, 유방, 전립선, 피부 등 다양한 장기에서 종양 형성을 촉진하는 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 특히 기저세포암은 Hedgehog 신호전달과 가장 높은 상관관계를 보였으며, 환자에서 Hh 경로 억제제인 PTCH의 비활성화와 작용제인 SMO의 활성화 돌연변이가 발견되었습니다.
따라서 암에 대한 효과적인 치료법으로 Hedgehog 경로를 특별히 방해하는 많은 약물이 개발되고 있습니다.
헤지호그 경로와 암 사이의 관계는 여전히 복잡합니다. 그러나 이 경로의 비정상적인 활성화가 종양 세포의 증식과 침윤으로 이어질 수 있다는 것은 분명합니다. 관련 임상 시험에서 Vismodegib 및 Sonidegib과 같은 Hedgehog 신호 전달 경로 억제제는 기저 세포 암 치료에 승인되었지만 이러한 약물을 사용하면서 부작용 및 약물 내성이 나타나 새로운 약물 개발이 시급히 필요합니다. 약제.
헤지호그 신호 전달 경로 연구 전체를 돌이켜보면, 우리는 궁금해지지 않을 수 없습니다. 이 신호 전달 경로의 진화는 생물학적 발달의 기본 원리를 이해하는 데 어떤 영감과 교훈을 주었을까요?
