유체 역학은 TGF를 통해 Caenorhabditis elegans 신체 길이를 변경합니다.

npj 미세중력 2권, 기사 번호: 16006(2016) 이 기사 인용

2787 액세스

11 인용

4 알트메트릭

측정항목 세부정보

골격근 소모는 장기적인 우주탐사에 큰 장애물이다. 우주비행사와 마찬가지로 선충류 Caenorhabditis elegans는 우주의 미세중력 상태에서 부정적인 근육 및 신체적 영향을 나타냅니다. 어떤 신호 분자와 행동이 이러한 부정적인 변화를 일으키는지는 불분명합니다. 여기에서 우리는 지상 기반 실험에서 유체 역학에 반응하여 C. elegans 체격의 변경과 관련된 주요 신호 분자를 연구했습니다. 1G 가속기의 우주 공간에 벌레를 배치하면 미오신 중쇄인 myo-3 및 변환 성장 인자-β(TGF-β)인 dbl-1 유전자 발현이 증가했습니다. 이러한 변화는 유체 역학 매개변수 점도/항력 저항 또는 액체 배양 깊이가 지상에서 증가했을 때도 발생했습니다. 또한, 액체 배양에서 성장한 야생형 및 체벽 큐티클 콜라겐 돌연변이체인 rol-6 및 dpy-5에서 몸 길이가 증가했습니다. 대조적으로, TGF-β, dbl-1 또는 하류 신호전달 경로인 sma-4/Smad 돌연변이체에서는 신체 길이가 증가하지 않았습니다. 마찬가지로, D1 유사 도파민 수용체인 DOP-4와 기계감각 채널인 UNC-8은 액체 배양에서 dbl-1 발현 증가와 체격 변경에 필요했습니다. C. elegans 수축률은 한천 표면에서 기어 다닐 때보다 액체에서 수영할 때 훨씬 높기 때문에 신체 길이 향상과 수축 속도 사이의 관계도 조사했습니다. 수축률이 현저히 감소된 돌연변이는 일반적으로 크기가 더 작았습니다. 그러나 dop-4, dbl-1 및 sma-4 돌연변이에서는 액체에서 수축률이 여전히 증가했습니다. 이러한 결과는 TGF-β/DBL-1을 통한 신경근 신호전달이 유체 역학을 포함한 환경 조건에 반응하여 신체 체격을 변경하는 역할을 한다는 것을 시사합니다.

개인의 체격은 외부 자극과 운동성 보행에 의해 장기간에 걸쳐 형성됩니다. 뼈와 근육 소모는 미세 중력(예: 우주 비행) 및 활동이 없는 상태(예: 침대에 누워 있는 경우)에서 피할 수 없는 병리생리학적 적응입니다.1-4 이러한 조직의 소모는 장기적인 우주 탐사에 주요 장애물입니다. 특히 미세 중력은 기계적 부하를 현저하게 감소시키고 정수력을 포함한 유체 역학의 급격한 변화를 초래합니다. 그러나 어떤 신호 분자와 행동이 이러한 병리생리학적 적응을 일으키는지는 여전히 불분명합니다.

수중 운동은 최적의 신체 근력을 달성하고 활력을 향상시키는 가장 좋은 방법 중 하나입니다. 이러한 운동은 유체 역학, 특히 액체 점도에 수반되는 정수력 및 항력 저항의 물리적 적용을 포함하며 건강한 개인뿐만 아니라 병상에 누워 있는 환자에게도 효과적입니다.5-10 최근 많은 연구에서 흐름 역학 매개변수를 물리적 자극으로 평가했지만, 이러한 자극을 인식하고 이러한 자극에서 뼈와 골격근 형성, 향상된 체격 및 근력에 이르는 신호 전달 메커니즘은 아직 불분명합니다.

예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)은 자유생활을 하는 선충으로 널리 사용되는 실험실 동물이기도 합니다. 몸 길이는 고도로 보존된 변형 성장 인자-β(TGF-β)/DBL-1 Smad 전사 인자 신호 전달 경로를 통해 변경될 수 있습니다.11-16 C. elegans는 적어도 두 가지 다른 운동 보행을 가지고 있으며, 그 중 하나는 수영할 때 표시됩니다. 수영 보행에서 크롤링 보행으로 또는 그 반대의 전환은 단기 적응 반응으로 생체 아민에 의해 제어됩니다. C. elegans는 또한 단기 적응을 합니다. 운동은 접촉에 민감한 뉴런에서 발견되는 degenerin 이온 채널인 MEC-4와 MEC-10으로 구성된 기계 감각 복합체를 통해 부드러운 기계적 자극에 반응합니다. 22-25 벌레는 또한 장기적인 적응 반응을 보입니다. 예를 들어, 우리는 우주 비행이 두꺼운 근육 필라멘트, 기타 세포골격 요소 및 미토콘드리아 대사 효소를 포함한 일부 근육 유전자의 발현 감소를 유도한다는 것을 재현 가능하게 발견했습니다. 이러한 유전자 발현 변화는 우주 비행 중 신체 길이 및 지방 축적의 변화와 일치하는 것으로 나타났습니다.29

0.1). These results demonstrate that the nematode C. elegans can alter muscular and TGF-β gene expression in response to flow dynamic parameters. However, the gene expression and body length data for worms cultured at different depth suggests that the response to depth of culture is either saturated once worms are fully submerged or is an all-or-none response./p>

0.1). These observations suggest that mutants that do not display an increase in body length (e.g., unc-8) also do not display an increase in DV cycle when swimming. However, the TGF-β signaling (dbl-1 and sma-4) and D1-like dopamine receptor (dop-4) mutants, which also did not display an increase in body length, did, in fact, display and increase in DV cycle when swimming. Thus, although DV cycle increase when swimming is not sufficient for body length increase (e.g., dbl-1, dop-4, and sma-4), it may be required (e.g., unc-8)./p>