전남대학교 연구팀이 곤충의 표피와 근육 연결에 필수적인 유전자들의 새로운 기능을 처음으로 밝혀내, 새로운 해충방제제 개발이나 생체모방로봇 연구에 큰 도움을 주게 됐다.
전남대 야수유키 아라카네(Yasuyuki Arakane, 응용생물학과)·노미영(산림자원학과) 교수팀은 곤충의 외골격 형성에 관여하는 키틴탈아세틸화효소(CDAs) 유전자들이 근육이 표피에 부착할 수 있는 부위를 제공해 곤충의 보행 및 운동성에 필수적인 역할을 한다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 이 논문은 국제저명학술지인 미국국립과학원회보(영향력지수 11.205) 최신호에 게재했다.
논문의 제1저자인 전남대 문슬기 박사(응용생물학과)는 곤충에서 CDA 유전자가 감소됐을 때, 곤충 다리의 넓적다리마디(femur)와 종아리마디(tibia)의 관절에 있는 키틴성 내부 힘줄 큐티클이 끊어지고, 근육이 큐티클에 부착하지 못해 다리를 정상적으로 움직이지 못하는 것을 발견했다. 이에 따라 초미세구조를 분석한 결과, 다리 근육이 큐티클에 부착하는데 필요한 특이적 세포인 ‘tendon cells’이 존재하고, 이 세포 내부에 존재하는 미세소관이 다리 근육과 큐티클을 연결하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다.
또한 CDA 단백질이 외골격 큐티클과 내부 힘줄 큐티클에 분포해 tendon cell의 미세소관을 매개로 해 곤충의 다리 근육이 큐티클에 정상적으로 연결 될 수 있도록 해 주는 사실도 새롭게 관찰하였다.
특히 이번 연구에서, 큐티클과 tendon cell이 연결되는 부위에서 CDA와 Dumpy 단백질이 상호작용해 근골격에 연결된다는 점을 규명했고, tendon cell의 미세소관 형성과 근력의 전달에 중요한 역할을 하고 있음도 처음으로 증명됐다.
이 연구는 해충의 큐티클에 근육 부착이나 운동성을 저해할 수 있는 효과적인 해충방제제 개발에 활용하거나, 곤충의 운동 능력을 모방한 생체모방로봇(Biomimetics Robot) 연구 등에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 지역대학우수과학자지원사업의 지원을 받아, 미국 캔자스주립대학과 공동으로 수행됐다. 곤충 큐티클과 근육의 초미세구조 분석은 전남대 공동실험실습관의 생물용 투과전자현미경을 이용했다.
※논문명: Chitin deacetylases are necessary for insect femur muscle attachment and mobility. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
119(24):e2120853119 (2022) doi: 10.1073/pnas.2120853119
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