The Earth’s rotation causes the periodic changes of light and temperature. These environmental changes affect the behavioral or biochemical activities of the living organisms. The organisms from prokaryotic organisms to animal have daily rhythms in physiology, metabolic activity and behaviors and this rhythms depend on the cyclic changes of light and temperature. Circadian rhythm is 24 h cycle in living entities. It is controlled by endogenous circadian clock of organisms.
Circadian system of drosophila melanogaster has interlocked transcriptional feedback loops involving several transcriptional factors and their interactions. Several circadian core clocks like per, timless (tim), Clock (Clk), cycle (cyc) and doubletime (dbt) were characterized. The expression levels of circadian transcriptional factor oscillate in daily patterns. In one loop, dCLK/CYC activates per and tim gene expression, and PER/TIM then inhibits dCLK/CYC activity. In the other loop, dCLK/CYC also activates vri and Pdp1ε gene expression, and VRI and PDP1ε then repress or activate dClk transcription. In adult fly brain, there are six goups of clock pacemaker cells. They are small and large lateral ventral neurons, lateral dorsal neurons, and three groups of dorsal neurons and small and large ventral neurons express PDF. PDF is the best characterized molecule of the circadian output pathways and thought to be an output neurotransmitter of the circadian clock.
In this study, we focused to search the novel circadian gene in drosophila’s 3rd chromosome. We performed the screening over 3rd chromosome genes by using EP lines in which p element was inserted. Then, we found out two candidates, sra and CG1233, involved in circadian rhythm. The behaviors of their mutant were measured and their effects on core clock molecules and PDF expression were identified. In this context, we investigated the role of sra and CG1233 genes in the regulation of circadian rhythm, and demonstrate that two genes are related in the circadian clock gene regulation.
생물체는 지구자전에 의한 빛과 온도의 주기적 변화에 따라 생리작용, 행동 등에서 생체리듬을 조절하는 생체 내 분자 시계를 진화시켜왔다. 이러한 생체 리듬은 24시간의 일정한 주기를 보이며 외부 자극이나 환경 변화가 없는 상황에서도 유지 될 수 있다. 생물체는 이러한 생체 리듬을 통해 하루 동안의 행동과 생리작용을 주위 환경에 알맞게 미리 조절할 수 있다.
생체 내 분자 시계는 외부 자극으로부터 뇌로 신호를 전달하는 부분, 전사와 번역의 negative feedback loop을 통하여 일주기성 신호를 만들어 내는 핵심 생체 시계, 그리고 이 신호를 몸의 주변부로 전달하는 부분의 세 가지로 이루어져있다. 핵심 생체 시계의 negative feedback loop를 이루는 per, tim, dClk, cyc 등의 생체 시계 내의 관련 유전자들은 24시간의 주기를 가지고 변화하며 생체 리듬을 조절한다.
생체 시계 관련 유전자는 원핵세포에서 포유류에 이르기까지 잘 보존되어 있다. 이 중 초파리의 경우에는 컴퓨터 시스템을 이용한 스크리닝 방법으로 손쉽게 생체 리듬 분석이 가능하기 때문에 생체 리듬 연구 모델로서 널리 사용되고 있다.
본 실험에서는 새로운 생체 리듬 관련 유전자를 찾기 위해 초파리의 3번 염색체에 대해 행동 스크리닝을 진행하였고 이를 통해 2개의 후보 유전자를 발견하였다. 이 논문에서는 이 두 후보 유전자의 생체 리듬 관련 역할을 확인하기 위해 각각의 후보에 대한 형질 전환 초파리에 대해 행동 스크리닝과 생체 리듬 관련 분자 실험을 진행하였다. 이들 중 CG6072 유전자는 과발현시켰을 때 길어진 주기를 보였고 발현을 억제했을 경우 망가진 생체 리듬을 보였다. CG6072의 형질 전환 초파리는 정상적인 생체 시계 뉴런을 보였고 생체 리듬 관련 유전자인 tim과 per에 대해서 대조군과는 다른 모습의 발현을 보였다. 따라서 CG6072 유전자는 tim과 per의 발현에 영향을 미친다고 생각할 수 있다. 또 하나의 후보인 CG1233 유전자는 과발현시켰을 경우와 억제했을 경우 모두 망가진 생체 리듬을 보였고 과발현시킨 형질 전환 초파리의 생체 시계 뉴런에서 pdf 유전자의 mRNA는 정상적으로 발현했으나 PDF 단백질은 발현하지 않았다. 그러므로 CG1233 유전자는 pdf 유전자의 전사 이후의 과정에 관여한다고 볼 수 있다.
