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뉴런은 자신의 DNA를 바꾼다

06.05.2015

DNA의 안정성은 길고 행복한 삶의 열쇠이므로 세포는 특수 분자 기계의 도움으로 모든 돌연변이를 제거하려고합니다. 물론 여기서 우리는 교차 현상을 상기할 수 있습니다. 예를 들어 생식 세포가 성숙하는 동안(그리고 일반적으로 세포를 분열할 때) 교차하는 동안 상동 염색체 사이에서 대규모 DNA 단편 교환이 발생합니다. .

그러나 이 과정은 세심하게 통제되고 있으며 여전히 세포 분열과 관련이 있습니다. 게놈 불안정의 다른 경우는 외부 원인(돌연변이 방사선 등)으로 인해 발생하거나 DNA 복제 및 복구와 관련된 분자 기계의 정밀하지 않은 작업으로 인해 발생합니다. 정상적이고 건강한 세포는 가능한 한 염색체의 변화를 모니터링하고 가능한 경우 모든 것을 있는 그대로 복원하려고 합니다.

더욱 놀라운 것은 존스홉킨스대학교 송홍준 연구팀의 결과다. 그와 그의 동료들은 정상적이고 성숙한 뇌 뉴런이 후성 유전적 표시를 사용하여 자신의 DNA를 지속적으로 변화시키고 있음을 발견했습니다. 아시다시피, 특정 유전자의 활성을 변경하기 위해 세포는 뉴클레오티드 서열을 간섭할 필요가 없습니다. RNA를 합성하는 단백질에 덜 매력적으로 만드는 특수 마커를 유전자에 공급하는 것으로 충분합니다. 이 마커는 유전 암호의 네 "문자" 중 하나인 시토신의 질소 염기에 부착된 메틸 그룹입니다. (괄호 안은 만일의 경우를 대비하여 일반적으로 메틸 마크와 후성 유전적 조절이 유전자 활성을 제어하는 유일한 방법이 아니라는 점에 주목합니다.)

DNA 메틸화는 쉽지만 시토신에서 라벨을 제거해야 하는 경우가 있습니다. 이것은 더 이상 수행하기 쉽지 않으며 여기에서 전체 반응 사슬이 시작되고 그 과정에서 레이블이 지정된 "문자"가 잘리고 일반, 메틸화되지 않은 시토신이 그 자리에 삽입됩니다. 즉, 불안정성의 강력한 요소인 DNA 사슬 중 하나에 구멍이 형성됩니다. 결국 다른 "문자"가 실수로 여기에 올 수 있으며 실제 돌연변이가 발생합니다. 그럼에도 불구하고, DNA 메틸화 및 탈메틸화 과정은 포유동물 세포에서, 심지어 예측할 수 없는 외부 환경 및 신체의 나머지 부분으로부터 일반적으로 최대로 보호되는 뇌와 같은 "섬세한" 기관에서도 상당히 활발합니다.

네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)의 기사에서 저자들은 쥐의 뇌 뉴런에서 탈메틸화 활동이 시냅스 세포 가소성과 분명히 관련이 있다고 썼습니다. 시냅스 가소성은 뉴런이 이웃과의 뉴런 간 연결의 강도를 조절하는 능력으로 이해됩니다. 덕분에 사슬의 충동이 약화되거나 증가할 수 있습니다. 분자 수준에서 이것은 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 신호를 전달하는 신경 전달 물질의 수가 어떻게 변하는지, 그리고 "수신 측"에 있는 신경 전달 물질 수용체의 수가 어떻게 변하는지를 통해 알 수 있습니다. 변화의 범위가 넓을수록 더 커집니다. 뉴런의 가소성. 따라서 뇌세포에서 탈메틸화를 억제하는 Tet3 유전자가 꺼지면 시냅스 가소성이 증가합니다. 반대로, Tet3 활성이 자극되면 가소성이 감소했습니다.

추가 실험은 Tet3 유전자가 신경 전달 물질에 대한 수용체 역할을 하는 시냅스 GluR1 단백질의 수준에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 뉴런이 가장 미미한 자극에 반응하기 시작하면 Tet3 활성이 증가하고 결과적으로 GluR1 수용체 수준이 감소합니다. 그러나 그 반대도 사실일 수 있습니다. 시냅스의 활동이 크게 감소하면 Tet3에서도 감소하므로 GluR1의 수준이 증가합니다. 이는 차례로 시냅스의 작업에 반영됩니다. 탈메틸화를 담당하는 유전자의 활성은 DNA의 상태, DNA에서 얼마나 자주 뉴클레오티드가 잘려나갔는지에 의해 알 수 있습니다.

시냅스 가소성은 학습 능력과 관련이 있습니다. 많을수록 뇌에 더 좋습니다. 그러나 분명히 일종의 조절기가 있어야 하며, 그 중 하나는 예기치 않게 Tet3 유전자로 밝혀졌으며, 이 유전자는 뉴런간 접촉 활동의 변화에 반응합니다. 물론, DNA의 이 "미세수술", 즉 뉴클레오티드 시퀀스에서 문자를 계속 잘라내는 것이 시냅스가 다른 신호에 반응하는 능력에 정확히 어떻게 영향을 미치는지에 대한 문제가 발생합니다. DNA 사슬의 간격이 시냅스의 강도와 민감도에 직접적으로 영향을 미치는 유전자에 정확하게 떨어질 수도 있지만 정확히 어떤 일이 일어나는지는 추가 연구를 통해서만 알 수 있습니다.

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강력한 배터리를 만드는 새로운 방법 08.05.2024

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꿈에서 뇌는 새로운 것을 본다 24.08.2015

우리의 수면은 느린 단계와 빠른 단계로 나뉩니다. 빠른 것은 REM 수면이라고도 합니다. REM은 빠른 안구 운동, 빠른 안구 운동입니다. 보통 이 순간 우리는 꿈을 꾸고, 잠자는 뇌를 스쳐지나가는 그림들과 함께 눈이 움직인다고 한다. 그러나 오늘날까지 이에 대한 직접적인 증거는 없었습니다.

Tel Aviv University, University of California at Los Angeles, University of Wisconsin Madison의 신경생물학자들은 수술을 받을 예정인 간질 환자 19명을 대상으로 했습니다. 발작을 일으키는 신경 조직의 일부를 제거하기 전에 환자에게 전극을 주사했는데, 이는 뇌전증 발작이 시작되는 뉴런의 위치를 나타내는 것으로 추정되었습니다. 일반적으로 이러한 경우 일부 기초 연구는 의료 절차와 병행하여 수행됩니다. 이는 이것이 살아있는 인간의 뇌를 들여다볼 수 있는 독특한 기회이기 때문입니다.

Itzhak Fried와 동료들은 시각 지각과 기억 사이의 전환이 일어나는 중간 측두 피질에서 개별 신경 세포의 활동을 추적했습니다. 국소 뉴런은 새로운 사진과 우리가 이미 알고 있는 것(예: 친구나 우리가 방문한 장소의 사진)에 모두 반응하며, 두 번째 경우에는 사진을 볼 필요조차 없습니다. 당신의 눈과 기억에 저장된 "마음의 눈"이라는 친숙한 것을 봅니다. 두 경우 모두 신경 활동의 특성이 다릅니다. 신경 세포의 작업은 사람이 자고 있을 때, 깨어나서 어두운 방에 누워 있을 때(아무것도 보이지 않음), 어떤 종류의 비디오를 보고 사람들과 소통할 때 기록되었습니다. 별도의 테스트에서 지원자는 눈이 고정되었을 때 뉴런이 어떻게 행동하는지 이해하기 위해 무언가에 눈을 고정하도록 요청했습니다.

그리고 REM 수면 동안 뉴런은 마치 뇌가 새로운 것을 본 것처럼 작동한다는 것이 밝혀졌습니다. 잠을 잘 때는 신경세포가 다음 안구운동 직후에 발동하기 때문에 눈의 작용과 신경세포의 작용이 실제로 연결되어 있다고 주장할 수 있다. 실험 결과는 Nature Communications의 기사에 설명되어 있습니다.

이 데이터는 어떤 의미에서 우리가 깨어 있는 동안 기억에 떨어지는 이미지와 함께 잠자는 뇌에서 무의식적인 작업이 수행된다는 관점과 모순됩니다. 다시 말해서, 뉴런은 실제와 똑같이 작동하며 기억에서 나온 익숙한 것이 아니라 새로운 것을 "본다". 그러나 여기에는 전체적 결론을 내리기에는 너무 많은 모호성과 함정이 있습니다.

첫째, "새롭다"와 "옛다"는 것은 무엇을 의미합니까? 오래된 이미지의 조합이 새로운 시각적 감각을 주는 것은 아닐까? 세포가 정말로 새로운 것에 반응한다면 눈을 감고 어디에서 오는 것입니까? 그리고 마지막으로 가장 중요한 것은 꿈에서 빠른 안구 운동이 꿈을 나타낸다고 믿지만 이에 대한 엄격한 증거는 없습니다. 즉, 이것이 꿈에 대한 반응인지 아닌지 우리는 눈이 움직이는 이유를 모릅니다.

어떤 가정에 따르면 꿈은 일반적으로 우리가 막 잠들거나 깨어나는 순간을 말하며, 외부에서 반쯤 잠든 뇌에 도달하는 신호를 나타냅니다. 추가 연구가 각성에서 수면으로 또는 그 반대로 전환하는 동안 의식에 어떤 일이 발생하는지 이해하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

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