발달 단계에 따른 에너지 요구량이 수면-각성 리듬 회로 발달을 조절한다

Core Concepts

발달 단계에 따른 에너지 요구량의 변화가 수면-각성 리듬 회로 발달을 조절한다.

Abstract

이 연구는 초기 발달 단계에서 수면-각성 리듬이 형성되는 과정을 규명했다.
초기 2령 유충(L2)에서는 수면-각성 리듬이 나타나지 않지만, 3령 유충(L3) 단계에서 수면-각성 리듬이 발달한다. 이는 발달에 따른 에너지 요구량의 변화와 관련이 있다.
L2 유충은 에너지 요구량이 높아 섭식과 수면이 불규칙적이지만, L3 유충은 에너지 요구량이 낮아져 섭식과 수면이 일주기 리듬을 보인다. 이 과정에서 중추 시계와 각성 출력 뉴런 간의 회로가 발달한다.
실험적으로 L3 유충의 섭식 패턴을 L2와 유사하게 만들면 수면-각성 리듬과 장기 기억 형성이 저해된다. 또한 영양 부족 환경에서 L3 유충은 중추 시계와 각성 뉴런 간의 연결이 형성되지 않는다.
이 연구는 발달 단계에 따른 에너지 요구량의 변화가 수면-각성 리듬 회로 발달을 조절한다는 것을 보여준다. 특히 Dh44 뉴런이 포도당 대사 경로를 통해 이 과정을 조절하는 것으로 나타났다.

Stats

L2 유충은 하루 중 섭식 패턴에 차이가 없지만, L3 유충은 낮 동안 더 많이 섭식한다.
L3 유충을 저당 식이로 키우면 섭식 패턴이 L2와 유사해지고, 수면-각성 리듬과 장기 기억 형성이 저해된다.
L2 유충에 수면 유도 약물을 투여하면 수면 깊이가 증가하지만 발달과 장기 기억 형성은 저해된다.
L3 유충에서 Dh44 뉴런의 포도당 대사 관련 유전자 발현 저하는 수면-각성 리듬 발달을 방해한다.

Quotes

"우리의 데이터는 발달 중인 생물체의 에너지 요구량 변화가 수면-시계 회로 발달을 유발한다는 것을 시사한다."
"Dh44 뉴런은 포도당 대사 유전자를 통해 수면-각성 리듬 발달을 조절할 수 있다."

Key Insights Distilled From

Energetic Demands Regulate Sleep-Wake Rhythm Circuit Development

by Poe,A. R., Z... at www.biorxiv.org 09-22-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.19.558472v2

Deeper Inquiries

발달 단계에 따른 에너지 요구량 변화가 수면-각성 리듬 회로 발달에 미치는 다른 영향은 무엇일까

발달 초기에는 영아가 적절한 성장을 보장하기 위해 충분한 영양소를 섭취해야 하지만, 신경계 발달을 지원하기 위해 수면을 취해야 합니다. 이러한 상충되는 요구 사이에서 발생하는 것은 영아가 수면과 섭취를 빠르게 전환하게 됩니다. 발달이 진행됨에 따라 영양소 섭취 및 저장 능력이 증가하면서 섭취와 수면이 특정 시간대로 정리될 수 있게 됩니다. 이러한 영양 저장 능력의 변화는 포유류의 신체 구성 및 영아 발달 과정에서도 관찰되며, Dh44 뉴런이 포도당 대사 유전자를 통해 수면-각성 리듬 발달을 촉진한다는 것을 보여줍니다. 이러한 결과는 발달 중인 유기체의 에너지 요구 변화가 수면-각성 회로 및 행동의 형성을 유도한다는 것을 시사합니다.

에너지 요구량 변화 외에 수면-각성 리듬 회로 발달을 조절하는 다른 요인은 무엇이 있을까

수면-각성 리듬 회로 발달을 조절하는 다른 요인으로는 환경 요인, 유전자 발현, 호르몬 수준 등이 있을 수 있습니다. 환경 요인은 빛, 온도, 소리 등과 같은 외부 자극이 수면-각성 리듬에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 유전자 발현은 개별 유전자가 수면-각성 리듬 회로의 형성 및 기능에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 호르몬 수준 변화도 수면-각성 리듬 회로 발달에 영향을 줄 수 있으며, 특히 성장 호르몬과 스트레스 호르몬이 수면-각성 리듬에 영향을 미칠 수 있습니다.

포도당 대사 경로 외에 Dh44 뉴런이 수면-각성 리듬 발달을 조절하는 다른 메커니즘은 무엇일까

Dh44 뉴런이 수면-각성 리듬 발달을 조절하는 또 다른 메커니즘은 CCHamide-1 (CCHa1) 신호를 받는 능력입니다. 이전 연구에서 CCHa1 펩타이드가 DN1a 뉴런에서 CCHa1 수용체 (CCHa1-R)로의 분비가 L3에서 수면-각성 리듬에 필수적이라는 것을 밝혀냈습니다. 이러한 결과는 Dh44 뉴런이 DN1a-Dh44 회로의 형성과 수면의 고정화에 중요한 역할을 한다는 것을 시사하며, Dh44 뉴런이 환경적 신호를 감지하여 수면-각성 리듬 회로 발달을 조절한다는 것을 보여줍니다.