완보동물은 죽음 직전의 단백질을 보호합니다

Stephanie는 2021년에 보조 편집자로 Drug Discovery News에 합류했습니다. 그녀는 2019년 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스에서 박사 학위를 취득했으며 Discover Magazine에 글을 기고했습니다.

통통한 다리와 단추 코를 가진 완보동물은 가느다란 발톱에 삶과 죽음의 비밀을 담고 있는 것처럼 보이지는 않지만 실제로는 그렇습니다. 종종 물곰 또는 이끼 새끼 돼지라고 불리는 이 카리스마 넘치는 동물은 다른 동물이 거의 살아남을 수 없는 환경에서 번성하기 위해 독특한 적응을 진화시켰습니다.

완보동물은 일반적으로 히말라야 눈더미부터 주차장에서 자라는 이끼까지 물이 많은 지역에 서식하지만, 완보동물은 탈수, 동결, 물의 끓는점 이상의 온도, 심지어 우주의 진공 및 복사에서도 살아남을 수 있습니다(1,2). 이를 위해 완보동물은 몸에서 수분을 제거하고 신진대사를 정상 속도의 0.01%로 늦춥니다. 그렇게 함으로써 그들은 수십 년 동안 살 수 있는 정지된 애니메이션 상태인 "툰" 형태로 전환됩니다. 약간의 물에 노출되면 완보동물은 통에서 부풀어오르는 정상적인 모습으로 회복됩니다.

와이오밍 대학의 완보학자인 토마스 부스비(Thomas Boothby)는 "우리는 항상 '생명은 물이다'라는 속담을 듣고 모든 신진대사에 물이 필요하다는 것을 알고 있습니다"라고 말했습니다. "신진 대사 없이 어떻게 생명을 가질 수 있습니까? 그것은 거의 철학적인 질문입니다."

완보동물은 삶과 죽음 사이의 경계를 넘음으로써 과학자들에게 살아 있다는 것이 무엇을 의미하는지, 그리고 아마도 생명체를 살아있게 하는 방법을 이해할 수 있는 기회를 제공합니다. 새로운 유전 도구의 출현과 완보동물 연구자 커뮤니티의 증가로 인해 과학자들은 이러한 교훈을 보다 안정적인 약물 제제로 전환하기 위해 완보동물이 스트레스가 많은 환경에서 어떻게 생존하는지 조사하고 있습니다. 위험한 방사선 수준으로부터 보호할 수 있는 능력을 갖춘 완보동물 생물학은 달과 화성에 대한 장기 우주 임무 중에 인간을 도울 수도 있습니다.

태양이 하늘 높이 떠오르자 연못 쓰레기 웅덩이에 사는 완보동물 주변의 물이 서서히 증발하기 시작합니다. 환경이 건조해짐에 따라 완보동물의 세포는 물을 잃기 시작하고 세포 내부의 분자 농도는 점점 더 높아집니다.

Boothby는 “건조증은 전혀 스트레스가 아니거나 전혀 스트레스가 아닙니다.”라고 설명했습니다. "스트레스의 연속이다."

세포 구조가 서로 뭉쳐짐에 따라 단백질은 서로 응집될 가능성이 더 높아집니다. 세포에 더 이상 단백질과 수소 결합을 형성할 만큼 충분한 물이 없으면 단백질이 펼쳐져 기능을 잃게 됩니다. 어쨌든 완보동물은 건조로 인한 단백질 기능 손실을 방지하는 방법을 찾았고, 과학자들은 불과 몇 년 전까지만 해도 그들이 어떻게 이를 수행했는지 전혀 몰랐습니다.

"5, 6년 전, 여기 UNC의 생물학 박사후 연구원이 내 사무실에 들어와서 완보동물이 건조 상태에서 살아남을 수 있게 해주는 유전자를 발견했다고 말했습니다." 노스캐롤라이나 대학(UNC)의 단백질 화학자인 게리 피엘락(Gary Pielak)이 말했습니다. 채플힐. "그 사람은 토마스 부스비였어요."

Boothby, Pielak 및 동료들은 함께 연구하면서 환경이 건조해지면 완보동물이 완보동물 고유 장애 단백질(TDP)이라는 독특한 단백질을 발현한다고 보고했습니다(3). 완보동물은 정상적인 수생 생활을 하기 위해 TDP가 필요하지 않지만 물이 많은 집이 마르기 때문에 TDP 없이는 살 수 없습니다. 연구자들이 박테리아와 효모에서 TDP를 발현했을 때, 그 단백질은 이들 유기체의 건조 내성을 거의 100배 증가시켰습니다.

이 발견 이후 완보동물 연구자들은 건조 중에 완보동물을 보호하는 데 관여하는 다양한 TDP를 확인했습니다(4). 그러나 TDP와 완보동물 생물학의 다른 측면이 정확히 어떻게 동물을 보호하는지는 아직 의문으로 남아 있습니다.

대부분의 경우 이러한 연구는 효모 및 박테리아와 같은 모델 시스템에서 완보동물 단백질을 발현하는 데 의존했습니다. 지금까지 완보동물에서는 많은 정교한 유전자 조작 기술이 불가능했기 때문입니다.

Keio University의 완보동물학자 Kazuharu Arakawa와 그의 팀은 최근 과학자들이 동물 자체 내에서 완보동물 유전자를 연구할 수 있는 TardiVec이라는 시스템을 개발했습니다(5). 그들이 가장 먼저 한 일은 발현 패턴이 높은 유전자인 액틴 단백질의 프로모터 제어 하에 녹색 형광 단백질(GFP)을 발현시키는 것이었습니다.