2009 년, 3 단계 유방암 진단을받은 후 Ann Ramsdell은 과학 문헌을 검색하여 진단을받은 사람이 완전히 회복 될 수 있는지 확인하기 시작했습니다. 사우스 캐롤라이나 대학교 (University of South Carolina)의 발달 생물 학자 인 램스 델 (Ramsdell)은 곧 이상한 것을 발견했습니다. 회복 가능성은 왼쪽 가슴에 암에 걸린 여성과 오른쪽에 대한 회복 가능성이 달랐습니다. 더 놀랍게도, 그녀는 비대칭 유방 조직이있는 여성이 암 발병 가능성이 더 높다는 연구를 발견했습니다.
비대칭은 쉽게 명백하지 않습니다. 그러나 피부 아래에서 비대칭 구조가 일반적입니다. 우리의 장이 복부 공동을 통해 어떻게 바람을 피우고, 짝을 이루지 않은 장기를 돋아나는 지 고려하십시오. 또는 두 개의 동일한 구조에서 태어난 우리의 심장이 어떻게 융합 된 방식으로, 비대칭 펌프로 스스로를 비틀어 몸 주위에 산소가 풍부한 혈액을 동시에 밀어 내고 심장 박동으로 폐에서 새로운 SWIG를 끌 수 있습니다. 신체의 자연스러운 비대칭은 우리의 복지에 매우 중요합니다. 그러나 램스 델이 알고 있듯이 너무 자주 무시되었습니다.
과학자로서 그녀의 초기에 Ramsdell은 결코 비대칭에 많은 생각을하지 않았습니다. 그러나 논문 방어 당일에, 그녀는 빌린 슬라이드를 프로젝터 (PowerPoint 전 며칠 전)에 넣었습니다. 슬라이드는 심장이 한쪽으로 반복되기 시작하는 무대에서 병아리 배아였습니다. 그 후 동료가 왜 슬라이드를 뒤로 놓았는지 물었습니다. 그녀는“이것은 당황스러운 이야기입니다. 그러나 나는 심장 반복의 방향성에 대해 결코 생각조차하지 않았습니다.”라고 말했습니다. 병아리의 발달 심장은 우리와 마찬가지로 왼쪽과 오른쪽을 구별 할 수 있습니다. 그녀는 계속해서 심장이 한쪽으로 고갈되는 이유에 대한 박사후 연구를했습니다.
몇 년 후, 그녀의 회복 후, Ramsdell은 마음을 떠나 포유류의 유선에서 비대칭을 찾기로 결정했습니다. 왈라비 나 캥거루와 같은 유대류에서 그녀는 왼쪽과 오른쪽 땀샘을 읽었습니다. 그러나 그녀의 마우스에 대한 그녀의 초기 연구는 실망 스러웠습니다. 왼쪽과 오른쪽 유선은 전혀 다르지 않은 것 같습니다.
그런 다음 그녀는 유방의 다른 세포에서 활성화 된 유전자와 단백질을 확대했습니다. 거기서 그녀는 강한 차이를 발견했습니다. 암에 걸리기 쉬운 것으로 보이는 왼쪽 유방은 또한 동료 검토를 받고있는 미공개 작업에 따르면 더 많은 수의 비특이적 세포를 갖는 경향이 있습니다. 이들은 유방이 손상된 조직을 복구 할 수있게하지만, 나누는 능력이 높기 때문에 종양 형성에도 관여 할 수 있습니다. 세포가 왼쪽에서 더 흔한 이유 램스 델은 아직 알아 내지 못했습니다. "그러나 우리는 그것이 세포가 자라는 배아 환경과 관련이 있다고 생각합니다. 이는 양쪽에서 상당히 다릅니다."
.램스 델 (Ramsdell)과 다른 발달 생물 학자들의 간부들은 왜 유기체가 왼쪽에서 권리를 말할 수 있는지를 밝히려고 노력하고 있습니다. 복잡한 과정이지만, 삶의 손에 대한 주요 오케스트레이터는 더 분명하게 초점을 맞추기 시작했습니다.
좌회전
1990 년대에, 개발중인 배아에서 다른 유전자의 활동을 연구하는 과학자들은 놀라운 것을 발견했습니다. 지금까지 검사 된 모든 척추 동물 배아에서, 노드라는 유전자가 배아의 왼쪽에 나타납니다. 그것은 배아의 오른쪽에 결절 활동을 억제하는 유전자 인 공동 작업자 Lefty가 밀접하게 뒤 따릅니다. 하버드 대학교의 진화론 적 생물학자인 클리프 타빈 (Cliff Tabin)은 노드와 리프티 (Cliff Tabin)는 노드 레프 팀은 비대칭 성을 안내하는 가장 중요한 유전 적 경로 인 것으로 보인다.
그러나 배아 내부에서 노드와 왼손잡이의 출현을 유발하는 것은 무엇입니까? Tabin은 발달 생물학 자 노부 타카 히로 카와 (Nobutaka Hirokawa)는“우리 모두는 그것을 믿고 싶어한다”고 말했다. 대부분의 척추 동물 배아는 작은 디스크로 시작됩니다. 이 디스크의 아래쪽에는 작은 구덩이가 있으며, 바닥은 섬모로 덮여 있습니다. 히로 카와는 깜박 거리는 셀 확장이 주변 유체에 왼쪽 전류를 만듭니다. 2002 년 연구에 따르면 흐름 방향의 변화가 노드의 발현을 변화시킬 수 있음을 확인했습니다.
손상된 섬모는 오랫동안 비대칭 관련 질환과 관련이 있습니다. 예를 들어, Kartagener 증후군에서, 윈드 파이프의 움직이지 않는 섬모는 호흡에 어려움을 초래합니다. 흥미롭게도, 증후군을 앓고있는 사람들의 신체 비대칭은 종종 전적으로 역전되어 있으며, 그렇지 않으면 거의 완벽한 거울 이미지가됩니다. 2000 년대 초, 연구원들은 증후군이 섬모의 세포를 포함하여 세포에서 움직임을 유도하는 다수의 단백질의 결함으로 인해 발생한다는 것을 발견했습니다. 또한 2015 자연 연구는 결함이있을 때 비정상적인 비대칭을 일으키는 섬모와 관련된 12 개의 마우스 유전자를 확인했습니다.
그러나 섬모는 전체 이야기가 될 수는 없습니다. Tufts University의 생물학자인 Michael Levin은 1990 년대 Tabin 's Lab의 일부 저자 인 Tufts University의 생물학자인 Michael Levin은 많은 동물들, 심지어 일부 포유류조차도 섬모 구덩이가 없다고 말했다.
또한, 정상적인 비대칭 발달에 중요한 운동 단백질은 섬모에서만 발생하지 않을 것이라고 Levin은 말했다. 그들은 또한 세포에 구조를 제공하는 스틱 및 가닥 네트워크 인 Cellular Skeleton과 함께 작동하여 움직임을 안내하고 세포 성분을 전달합니다.
.점점 더 많은 연구에 따르면 이것이 개별 세포 내에서 비대칭 성을 일으킬 수 있음을 시사합니다. Rensselaer Polytechnic Institute의 생물 의학 엔지니어 인 Leo Wan은“세포는 일종의 손잡이를 가지고 있습니다. "장애물에 부딪히면 일부 유형의 세포는 좌회전하고 다른 유형은 우회전됩니다." Wan은 두 개의 동심원, 원형 융기 부분이있는 플레이트로 구성된 테스트를 만들었습니다. "우리는 그 산등성이들 사이에 세포를 배치 한 다음 그들이 움직이는 것을 지켜 본다"고 그는 말했다. "그들이 산마루 중 하나를 때렸을 때, 그들은 회전하고 선호하는 방향이 명확하게 보입니다."
.Wan은 세포의 선호도가 세포 골격의 두 요소 인 액틴과 미오신 사이의 상호 작용에 달려 있다고 생각합니다. 액틴은 세포 전체에 트레일을 형성하는 단백질입니다. 다른 단백질 인 미오신은 종종 다른 세포 성분을 끌어내는 동안이 트레일을 가로 질러 움직입니다. 두 단백질은 근육 세포에서의 활성으로 잘 알려져 있으며, 이들은 수축에 중요합니다. 오사카 대학교 (Osaka University)의 세포 생물 학자 인 켄지 마츠노 (Kenji Matsuno)는 비대칭 발달에 결정적인 것으로 보이는“비 전통적인 미오신”이라고 부르는 일련의 것을 발견했다. Matsuno는 미오신이 세포 손을 유발할 가능성이 있음에 동의합니다.
과일 파리를 고려하십시오. 그것은 섬모 구덩이와 결절 모두가 부족하지만, 비대칭 힌트 구트를 개발합니다. Matsuno는 Hindgut에서 세포의 손이 미오신에 의존하고 세포의 초기 기울기에 반영된 손이 장의 발달을 인도하는 것임을 보여주었습니다. "세포의 손길은 그들이 어떻게 움직이는지를 정의 할뿐만 아니라 서로를 붙잡는 방법도 정의합니다."라고 그는 설명합니다. "그 레슬링 셀은 함께 뒷받침되는 힌트 구트를 만듭니다." 비슷한 과정이 Roundworm에서 설명되었다. 엘레 간스 .
척추 동물에서 모든 비대칭의 발달에 노드가 필요하지 않습니다. Nature Communications 에 발표 된 연구에서 2013 년 네덜란드의 Hubrecht Institute의 생물 학자 인 Jeroen Bakkers는 얼룩말 물고기 심장이 노드가 없을 때 오른쪽으로 어떻게 구부릴 수 있는지 설명했습니다. 사실, 그는 몸에서 제거하고 간단한 실험실 요리에 퇴적 할 때도 그렇게한다는 것을 보여주었습니다. 그는“그 말은 결절이없는 동물에서 심장이 왼쪽으로 이동하지 않았으며 올바르게 변하지 않았다. 일부 비대칭은 내부에서 발생하지만 셀은 NODAL의 도움이 필요합니다.”
.세포가 말하는 방법
Tabin의 경우, 이와 같은 실험은 Nodal이 전체 이야기가 아닐 수도 있지만 비대칭 성의 개발에 가장 중요한 요소라는 것을 보여줍니다. "진화의 관점에서 볼 때, 그것은 대칭을 깨는 것이 어렵지 않았다"고 그는 말했다. "여러 가지 방법이 있으며 다른 유기체는 다른 방식으로 수행했습니다." 진화가 해결해야 할 핵심은 비대칭 성을 신뢰할 수 있고 강력하게 만드는 것이 었습니다. "왼손잡이와 노드는 함께 비대칭 성이 견고한 지 확인하는 방법입니다."
.그러나 다른 사람들은 중요한 링크가 발견되기를 기다리고 있다고 생각합니다. Levin 's Lab의 연구에 따르면 세포 간의 의사 소통은 비대칭 성의 발달에 대한 탐구되지 않은 요인이 될 수 있습니다.
세포 골격은 또한 특수 단백질의 세포 표면으로의 수송을 지시한다고 Levin은 말했다. 이들 중 일부는 전하를 교환함으로써 세포가 통신 할 수있게한다. 그의 연구에 따르면이 전기 통신은 세포의 움직임뿐만 아니라 세포가 유전자를 발현하는 방법을 지시 할 수있다. "우리가 [커뮤니케이션] 채널을 차단하면 비대칭 발전은 항상 엉망이된다"고 그는 말했다. "그리고이 시스템을 조작함으로써, 우리는 놀랍지 만 예측 가능한 방향으로 개발을 안내 할 수 있었으며, 제놈을 전혀 바꾸지 않고 내장의 눈을 가진 6 개의 다리 개구리, 4 개의 머리 벌레 또는 개구리를 만들 수있었습니다."
.자신의 형태를 감지하고 수정하는 유기체를 개발하는 명백한 능력은 자기 수리가 언젠가 인간에게도 옵션이 될 수 있다는 레빈의 믿음을 연료로합니다. "모든 바위 아래에는 복잡한 몸을 그 자체로 수리 할 수있는 생물이 있습니다." Levin은“이것이 어떻게 작동하는지 알아낼 수 있다면 의학을 혁신 할 수 있습니다. 많은 사람들은 내가 너무 낙관적이라고 생각하지만 이것에 대한 엔지니어링 견해가 있습니다. 물리 법칙에 의해 금지되지 않은 것은 가능합니다.”
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