A rhythm with 24 hour period is generated by a circadian pacemaker. This controls daily rhythms in behavior and physiology and sustains even in the absence of environmental time cues. The circadian clock consists of three parts, input signal, central clock oscillator, and output signal. Drosophila clock pacemaker is located in lateral neurons of brain. The molecular components of the circadian pacemaker form a transcription based negative feedback loop using positive and negative elements, respectively clock/cycle and period/timeless. And cryptochrome is an input clock gene, a major photoreceptor for behavioral circadian rhythms.
Output signal from the circadian clock controls rhythmic behavior poorly understood. The signaling molecules that mediate output from pacemaker to behavior are not known, although a secreted neuropeptide, pigment dispersing factor, may be a crucial output element in Drosophila.
Here, we identified a novel circadian mutant, spitz, and is a secreted ligand that can be a candidate for output signaling molecule. Hypomorphic mutations of spitz (spi) gene produced abnormal circadian rhythms in locomotor activity. Hypomorph showed normal expression of clock gene, period, but weakened especially in Lateral Neurons (LNs), circadian pacemaker. And oscillation of phospho mitogen-activated protein kinase (p-MAPK) was strongly dampened in spitz hypomorphs. And spitz was expressed broadly in larval brain including LNs and DNs. All these suggest that spitz gene can regulate output signaling pathways
하루 동안의 광량과 기온의 변화는 생물에게 24시간 주기의 생체 리듬을 만들도록 하였다. 이를 통해 생물들은 하루 동안에 그들의 행동과 생리작용을 시간적으로 조절한다. 또한 이 생체리듬은 자극과 환경의 변화가 없는 상황에서도 유지된다. 생체 리듬을 만들어내는 분자 시계는 외부로부터 뇌로 외부신호를 받아들이는 부분, 전사와 번역의 feed back loop를 이용하여 생체 시계 분자들의 신호를 만들어내는 핵심 생체 시계, 그리고 이 신호를 몸의 주변 조직으로 전달하는 경로로 구성된다.
현재까지 초파리 생체 리듬 시계를 이루는 핵심 유전자들이 밝혀져 왔고, 특히 뇌의 특정 신경세포에서 생체 리듬의 신호를 만들어 내는 유전자들에 대해서는 많은 연구가 이루어져 있다. 또한 이는 초파리에서 포유동물까지 잘 보존되어 있다.
생체 시계에서 생물체의 주변 조직으로 까지 신호를 전달하고, 그 결과 행동을 조절 하는 생체 리듬의 전달 경로에 대해서는 아직 알져 진 바가 적다. 초파리에서는 신경 펩타이드인 pdf 유전자가 핵심적인 역할을 담당할 것이라고 알려져 있다.
우리는 초파리의 자발적인 움직임의 주기를 측정하는 스크리닝 방식으로 생체 행동 리듬에 변화를 일으킨 여러 가지의 초파리 line을 찾아냈으며, 그 중 spitz 유전자는 활성화 되기 위해 세포 밖으로 분비되는 ligand로 생체리듬 전달 경로에 관여할 수 있을 것으로 예상된다. Spitz 유전자의 hypomorph line은 활동주기가 불규칙해지는 현상을 보였으며, 이 유전자는 초파리의 두뇌의 여러 부위에서 발현된다는 결과를 얻었다. 또한 파리 두뇌의 생체 리듬을 담당하는 신경세포에서 생체 리듬의 핵심 유전자의 발현이 약해진 것을 관찰하였다. 그리고 spitz hypomorph line에서 생체 리듬의 전달 경로에 핵심적인 역할을 수행하는 것으로 알려진 MAPK의 활성이 감소 되어 있는 것을 관찰하였다. 이들 결과는 spitz 유전자가 생체 리듬의 전달 경로를 조절할 수 있다는 것을 암시한다.
