Sensing and interpreting the temperature of surrounding and body are essential for animal to find more favorable environment, to control body temperature and to survive. Drosophila maintain their body temperature through heat exchange with the surrounding environment due to the large surface area-to-volume ratio of their bodies (Bear et al 2001 ; Zars 2001). Thus, Temperature preference behavior is a genetic process whereby Drosophila instinctively track to an environmental temperature as close as possible to their genetically determined desired body temperature. Drosophila shows temperature preference behavior standing on 24-25℃ region on the temperature gradient plate (Hong et al 2008). It was reported that dTrpA1 in warmth-activated anterior cell neuron and the level of cAMP in mushroom bodies are critical for the temperature preference behavior in Drosophila (Hong et al 2008 ; Hamada et al 2008). To understand the temperature sensing, interpretation and regulation system, it is need to find new components and mechanism involved in temperature preference behavior.
Dopamine is a key neurotransmitter playing various critical roles in the animal brain (Chinta and Andersen 2005). One of its known roles is modulation of learning and memory in Drosophila mushroom bodies (Riemensperger et al 2005 ; Kim et al 2007). Here we show that dopamine controls TPB in mushroom bodies in Drosophila brain. Inhibition of dopamine biosynthesis by genetic mutations or treatment with chemical inhibitors, targeted inactivation of dopaminergic neurons with over expression of a potassium channel (Kir2.1), and mutations in a dopamine receptor gene DopR, all caused the animal to prefer colder temperatures than normal. Moreover, localized artificial expression of wild-type DopR gene only in mushroom bodies rescued the abnormal TPB phenotype of DopR mutants. In addition to the importance of dopamine in information acquisition and processing in the animal brain, our results show that dopamine also is a key component in homeostatic temperature control of the animal body.
주변의 온도와 체온을 감지하고 해석하는 것은 더 좋은 환경을 찾아가고 체온을 조절하며 생존하기 위하여 필수적이다. 노랑초파리는 몸의 면적-체적비가 크기 때문에 외부 환경과 열을 교환하는 방법으로 체온을 유지하는 방법을 쓴다. 따라서 노랑초파리의 온도선호행동은 유전적 작용으로서 초파리는 개체별로 유전적으로 결정되어있는 최적 체온에 가까운 환경으로 가능한 접근하여 외부 온도를 이용하려 한다. 초파리는 온도 비탈 판에서 24-25℃ 구역에 모여있는 온도선호행동을 보인다. 초파리 온도 선호 행동에 관한 연구로는 지금까지 warmth-activated anterior cell 뉴런에서 발현되는 dTrpA1 라는 유전자가 온도선호행동에 관여한다는 것과 머쉬룸바디 에서의 cAMP 농도가 온도선호행동에 중요하다는 것이 알려져 있다. 온도 감지와 해석 그리고 조절 체계에 대한 이해를 하기 위해서는 온도선호행동에 관여하는 새로운 인자와 메커니즘에 관한 발견이 요구된다.
도파민은 동물의 뇌에서 생명유지에 필수적인 여러가지 역할을 하는 중요 신경 전달 물질로 잘 알려져 있다. 초파리에서 도파민은 머쉬룸바디에서 기억과 학습의 조절에 관여하는 조절자로 잘 알려져 있다.
이 논문에서는 노랑 초파리의 뇌의 머쉬룸바디에서 도파민이 온도선호행동을 조절하는 역할을 한다는 것을 밝혔다. 유전적으로 도파민 생성을 억제된 초파리나 화학적인 반응 억제제로 도파민 생성이 억제된 초파리들은 정상 초파리 보다 차가운 쪽을 선호하는 행동을 보였다. 또한 kir2.1의 과별현으로 도파민 뉴런이 불활성된 초파리나 도파민 수용체 DopR 의 돌연변이 초파리 역시 차가운 쪽을 선호하는 행동을 보였다. 게다가 DopR 돌연변이의 비정상적인 온도선호행동이 머쉬룸바디에서 정상적인 DopR 을 인공적으로 발현시킬 때 정상으로 바뀌게 되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 동물의 뇌에서 정보 수집과 처리에 도파민이 중요한 역할을 한다고 알려진 것에 더하여 도파민이 동물의 체온 조절과 유지에도 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.
