Temperature affects almost all aspects of living and survival in any organism. However, regarding the center of temperature recognition and mechanisms of thermosensation is little known. Using Drosophila which has central nerve system as a model system, total 27,000 independent lines of P-element inserted mutant flies were tested by temperature preference behavior in genome-scale. Among 27,000 fly lines, 13,700 lines were tested as the second part of screening and then 954 lines were selected as final thermomutant candidates. The one mutant that was isolated the first part of screening, han, preferred different temperature during the day and night. han null flies showed arrhythmic circadian behavior and HAN expressed specifically in 13 pairs of circadian clock neurons in adult brain. Recently HAN found out a receptor for the circadian clock neuropeptide PDF. And circadian mutant norpA, which has mutation in phosphoinositide (PI)-dependent phospholipase C (PLC) involved in phototransduction pathway by activation of TRPL channel are also isolated the second part of thermomutant screening. Together with these data, most animal display circadian rhythms and it is already known that these rhythms can be entrained by environmental stimuli not only daily light-dark but also temperature cycles.
To examine whether circadian clock neurons are related thermosensation, flies whose neurons were inhibited by different circadian clock drivers were tested thermosensing behavior. When flies which were used tim-Gal4 driver show an abnormal temperature preference but the flies whose neurons are inhibited by per-Gal4 are normal temperature preference. Each fly line having different clock driver show different expression patterns at s-LNv, LNd and DN2 of circadian clock neurons. When s-LNv, DN1 neurons were inhibited, flies showed cryophilic temperature preference and flies which were inhibited in part of LNd neurons showed thermophilic distribution. As a result, s-LNv neurons are related to control sensing of low temperature and part of LNd neurons regulate high temperature sensing in Drosophila.
Members of the transient receptor potential (TRP) play critical roles in sensory physiology. Photoreception is known to depend strictly on PLC underscores by TRPC but activation mechanism is unresolved. This PI-PLC circadian mutant, norpA, is in thermomutant candidates and showed abnormal temperature preference. Lipid phosphate phosphatase (LPP), which is concerned in PLC pathway and catalyzed dephosphorylation of phospatidic acid (PA) to generate diacylglycerol (DAG) , mutant also preferred different temperature during the day and night. These results indicate specific part of circadian clock neurons is related to control temperature preference. And thermosensing mechanism is possibly involed in pathway from PI-PLC to DAG which is tuning by LPP.
So, more study will be clear up precise neurons which regulate more fine range of temperature recognition and temperature sensing mechanism.
모든 살아있는 생명체에서 온도는 생존과 생활의 거의 대부분의 면에서 영향을 미친다. 그러나 온도 감지 메커니즘에 대해서는 거의 알려진 바가 없다. 중추 신경계를 가지고 있는 초파리를 모델 시스템으로 사용하여 P-element가 삽입된 27,000가지의 돌연변이 초파리를 게놈 수준에서 온도 선호 행동을 시험하였다. 2차로 나누어 행한 실험에서 27,000가지 돌연변이 중 13,700가지 돌연변이가 후반 부분에 시험되었고 그 결과 954가지 돌연변이가 온도 감지 이상 돌연변이로 골라졌다. 2차 온도 선호 행동 실험 과정 중 한 돌연변이가 전반부에 행해진 실험에서 골라졌는데, han이라고 이름 붙여진 이 유전자의 돌연변이 초파리는 낮과 밤 동안 다른 온도 선호를 보였다. 이 유전자의 기능을 상실한 초파리는 생체리듬을 잃어버렸고 HAN 단백질은 초파리의 성체 뇌의 13개의 생체 시계 신경세포에서 특정하게 발현되었다. 최근 HAN은 생체 시계 신경펩티드인 PDF의 수용체로 밝혀졌다. 또한 후반부의 온도 선호 실험에서도 온도 감지 돌연변이로 골라진 TRPL 채널을 통해 활성화 되는 빛 자극 전달과정에 속해있는 PI-PLC 돌연변이인 norpA는 생체리듬 돌연변이이기도 하다. 이 자료와 더불어, 대부분의 생물이 생체리듬을 보이며 이는 밤-낮 뿐만 아니라 온도에 의해서도 변화된다는 것이 이미 알려져 있었다.
이러한 연구들을 토대로 온도 감지와 생체 시계 신경세포와의 관계를 알기 위해 서로 다른 생체 시계 드라이버들에 의해 신경이 억제되는 초파리들의 온도 감지 행동을 시험해본 결과 tim-Gal4 드라이버에 의해 신경이 억제된 파리들은 비정상적 온도 선호를 보였고 per-Gal4 드라이버에 의해 신경이 억제된 파리들은 정상적인 온도 선호를 보였다. 각 드라이버에 의해 발현되는 생체 시계 신경세포는 s-LNv, LNd, DN2 부분에서 차이를 보였다. s-LNv와 DN1 신경세포가 억제된 초파리는 낮은 온도에 대한 선호도가 높았고 LNd의 일부 신경세포가 억제된 초파리는 높은 온도에 분포되는 것을 관찰하였다. 즉, s-LNv 신경세포가 낮은 온도 감지를 조절하는데 관계하고 LNd 신경세포의 일부는 높은 온도 감지를 조절한다고 할 수 있다.
TRP는 감각 생리에서 중요한 역할을 한다 빛 감지는 엄격하게 PLC에 의해 조절 된다는 것이 이미 알려져 있지만 TRPC의 활성화 메커니즘은 밝혀지지 않은 상태이다. 생체 시계 돌연변이인 norpA 가 우리가 고른 온도 선호 이상 돌연변이에 속해 있었고 비정상의 온도 선호를 보였다. 또한 PA를 DAG로 전환시키는 촉매이며 PLC 경로와 관계 있는 LPP의 돌연변이 역시 낮과 밤에 다른 온도 선호를 보였다.
이 결과는 특정 생체 시계 신경세포가 온도 선호 조절에 관계한다는 것을 보여주며 온도 선호 조절 그리고 온도 감지 메커니즘에 아마도 LPP가 관여하여 PI-PLC에서 DAG에 이르는 경로가 속해있을 것이다. 따라서 더 진행될 연구를 통해 특정 범위의 온도를 인식하는 신경세포와 온도 감지 메카니즘을 밝힐 수 있을 것이다.
