patch-clamp recordings에서 aminergic 및 peptidergic 뉴런에 의한 개별 IPC의 조절. 크레딧: eLife(2024). DOI: 10.7554/eLife.99548.1
과학자들은 초파리의 뇌에 있는 인슐린 생산 세포(IPC) 집단이 어떻게 함께 작용하여 신진대사 요구와 내부 상태 변화에 대한 일치된 반응을 생성하는지 밝혀냈습니다.
오늘 eLife의 Reviewed Preprint로 발표된 이 연구는 저자들이 개별 IPC에 걸친 반응의 다양성이 어떻게 동시에 발생하고 함께 인슐린 방출을 제어하여 대사 과정을 유지하는지 설득력 있게 보여주는 기초 연구라고 편집자들은 설명합니다. 이 연구는 신경과학자와 생리학자들에게 흥미로울 것입니다.이는 세포 다양성이 어떻게 짧은 시간 내에 항상성을 더 잘 제어할 수 있는지를 보여주기 때문입니다.
"인슐린은 신체의 신진대사 요구량의 균형을 맞추는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 요구는 매우 역동적이기 때문에 인슐린 방출을 지속적으로 조정해야 합니다"라고 독일 뷔르츠부르크 율리우스-막시밀리안 대학의 Ache Lab의 박사 후 연구원인 공동 주저자 Martina Held는 설명합니다.
"IPC는 초파리에서 인슐린의 주요 공급원이며 인간의 췌장에서도 IPC와 동일한 방식으로 작용합니다. 이를 연구하면 당뇨병 및 대사 증후군과 같은 질병에서 인슐린 신호의 역학을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다."
이전 연구에서 저자들은 초파리의 영양 상태가 IPC의 활동에 큰 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 이 세포는 굶주린 파리에서 먹이를 먹은 파리에 비해 덜 활동적이었고 파리에게 포도당을 먹였을 때 활성화되었습니다. 이번 연구에서 그들은 초파리의 뇌에 있는 14-18개의 IPC로 구성된 이 작은 그룹이 어떻게 다른 입력에 반응하면서 복잡하고 역동적인 반응을 조정할 수 있는지 이해하기 시작했습니다.
연구팀은 IPC 기능에 영향을 미치는 뇌 신호 전달물질(신경조절자)을 규명하는 것부터 시작해 IPC에서 발견되는 다양한 뇌 신호 수신기(수용체)의 수준을 분석했습니다. 그 결과 약 40개의 수용체가 밝혀졌는데, 그 중 일부는 새로운 것이고 다른 일부는 이미 알려진 것이었습니다.
가장 흔한 수용체는 인슐린 수용체 자체였지만 아민, 신경 펩티드 및 속효성 신경 전달 물질을 포함한 광범위한 다른 분자 유형에 대한 수용체도 확인되어 IPC가 뇌의 다양한 신호 분자에 의해 복잡하게 조절된다는 것을 보여주었습니다.
최근 연구에 따르면 IPC의 기능적 하위 집단이 있음을 시사하기 때문에 연구팀은 유전자 분석을 사용하여 IPC를 더 분류했습니다. 이는 신경조절인자 수용체가 세포의 다른 부분집합에서 서로 다른 양으로 존재한다는 것을 보여주었습니다.
이러한 다양한 신경조절인자가 IPC 기능에 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해 연구팀은 개별 IPC의 활동을 기록하면서 수신한 신경조절인자 신호를 변경하여 각 IPC의 반응을 흥분, 억제 또는 영향없음으로 분류했습니다.
놀랍게도, 그들은 일부 신경조절인자가 전체 세포 집단의 활성을 극적으로 변화시키지 않는 것처럼 보이지만, 동일한 신경조절인자가 개별 IPC에 대해 다르고 심지어 반대의 효과를 보였으며, 개별 IPC는 세 가지 반응 유형(흥분, 억제 및 영향을 받지 않음)을 모두 나타냈다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 특정 신경 조절 물질이 IPC의 전체 집단을 흥분 상태로 이동시킬 수 있는 반면, 다른 신경조절제는 전체 집단을 억제 상태로 이동시킬 수 있음을 발견했습니다.
더욱이, 초파리 뇌의 커넥톰을 사용하여 고전적 화학 시냅스가 제공하는 IPC에 대한 입력을 정량화할 때, 모든 IPC가 주요 신경전달물질(글루타메이트 및 아세틸콜린)을 발현하는 뉴런으로부터 신호를 받지만, 개별 시냅스 연결의 강도는 IPC마다 다르다는 것을 발견했습니다. 이는 다양한 동적 입력에 대한 IPC의 가변적이고 유연한 응답에 더욱 기여합니다.
IPC에 걸친 이러한 내재적 다양성에도 불구하고, 저자들은 포도당 수치와 행동 상태 변화에 대한 세포의 적응 반응을 보여주는 초기 발견에 비추어 볼 때 전체 IPC 집단이 흥분 또는 억제 상태로 전환되었다는 발견이 중요하다고 말합니다. 그들의 결과는 IPCs가 전체 시스템의 반응성을 증가시켜 인슐린 방출을 빠르게 증가시키거나 낮은 인슐린 요구량 상태에서 작은 변화에 덜 민감한 억제 상태로 전환할 수 있는 미세 조정 가능한 세포 집단임을 시사합니다.
"우리의 연구는 초파리 뇌에서 인슐린 생산 세포의 활동이 여러 신경 조절 입력에 의해 영향을 받아 시스템이 빠르게 변화하는 신진 대사 요구와 감각 입력에 유연하게 대응할 수 있음을 보여줍니다"라고 뷔르츠부르크 줄리어스-막시밀리안 대학의 Emmy-Noether 그룹 리더인 선임 저자 Jan Ache는 결론지었습니다.
"신호 전달 체계에 있는 다양성은 융통성과 안정성을 추가하고, 인슐린 생성 세포의 경우, 상대적으로 작은 세포 집단이 어떻게 동물의 끊임없이 변화하는 요구에 맞춘 가동 가능한 인슐린 방출을 달성하기 위하여 큰 다양한 신호를 통합하는지 설명할 수 있었습니다."
이상의 기사는 2024년 9월 10일 MedicalXpress게재된 “Study reveals how insulin-producing cells work together to respond to metabolic demands”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Study reveals how insulin-producing cells work together to respond to metabolic demands (medicalxpress.com)
* 추가정보 출처 : Aminergic and peptidergic modulation of Insulin-Producing Cells in Drosophila (elifesciences.org)
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