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Nature Communications 14권, 기사 번호: 1418(2023) 이 기사 인용

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다세포 사상균은 세포질 교환을 허용하여 필라멘트의 이웃 세포 사이에 연결을 허용하는 중격 구멍을 가지고 있습니다. 균사 상처 및 기타 스트레스 조건은 중격 기공 폐쇄를 유도하여 세포질 손실을 최소화합니다. 그러나 중격 기공의 구성과 그 기능의 기본 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 여기에서 우리는 다세포 자낭균인 Aspergillus oryzae에서 특성화되지 않은 776개의 단백질의 세포내 위치를 결정하여 새로운 중격 구성 요소를 식별하기 시작했습니다. 특징이 밝혀지지 않은 776개의 단백질 세트는 해당 유전자가 다세포, 중격 구멍이 있는 자낭균(3개의 Aspergillus 종, Pezizomycotina 하위 분류에 있음)의 게놈에 존재하고 중격 구멍이 없는 자낭균의 게놈에는 없거나/발산한다는 점을 기준으로 선택되었습니다( 효모). 세포하 위치를 결정할 때 62개의 단백질이 격막 또는 격막 기공에 위치하는 것으로 밝혀졌습니다. 인코딩 유전자의 삭제는 23개의 단백질이 균사 상처 시 막히는 중격 기공 조절에 관여한다는 것을 보여주었습니다. 따라서, 이 연구는 A. oryzae에서 특성화되지 않은 많은 단백질의 세포 내 위치를 결정하고, 특히 중격 기공 기능과 관련된 단백질 세트를 식별합니다.

다세포성의 출현은 진화 역사에서 중요한 전환을 의미합니다. 다양한 기원의 유기체는 필라멘트, 클러스터 및 시트와 같은 단순한 다세포 형태로 구성되어 있으며, 후속 세포 집단에서 직접적인 통로가 부족하여 세포 간 통신이 제한됩니다. 상대적으로 늦은 진화 역사에서 진핵 생물의 여러 그룹은 세포-세포 부착 및 조직, 생식 기관 및 자실체로 분화하는 발달 프로그램을 통해 복잡한 다세포성을 발달시켰습니다1,3. 또한, 복잡한 다세포 유기체는 신호 전달을 촉진하기 위해 초미세구조 통로를 통해 세포 간 연결을 진화시켰습니다. 이러한 세포 간 연결은 동물, 식물 및 다세포 곰팡이에서 독립적으로 진화했습니다. 더욱이 그 규제는 불리한 환경에서 선택적인 이점을 제공합니다. 동물에서는 이온과 작은 분자가 통과하도록 허용하는 간극 접합이 산화 스트레스에 의해 구조적, 기능적으로 교란됩니다7. 식물에서 전사 인자와 신호 분자의 세포 간 이동을 중재하는 플라스모데스마타(plasmodesmata)는 스트레스에 반응하여 칼로스 침착에 의해 차단될 수 있습니다8.

곰팡이에는 중격 기공 함유(사상 진균) 및 결여(효모) 종이 모두 포함되어 비교를 기반으로 중격 기공 관련 조직의 특성화를 용이하게 합니다. 곰팡이 균사는 극성 끝부분을 확장하여 성장하고 세포 크기 및 핵 분열9과 관련하여 격막으로 더욱 구획화됩니다. 격막의 중앙에는 측면 세포사이의 세포질 성분의 교환을 허용하는 격막 기공이 있습니다. Ascomycota의 아문 Pezizomycotina에서 이러한 구멍은 퍼옥시솜에서 유래된 곰팡이 특이적 Woronin 몸체에 의해 막힐 수 있습니다12. 대조적으로, 담자균문(Basidiomycota)의 아가리코미코티나(Agaricomycotina) 종은 기공을 차단하기 위해 소포체 유래 중격 기공 캡(SPC)을 발달시켰습니다. Woronin 신체 매트릭스 단백질 Hex1이 결여된 돌연변이는 균사 상처 시 중격 모공을 통해 측면 세포로부터 세포질의 광범위한 손실을 나타냈습니다.

중격 기공 기능은 기계적, 환경적, 생리학적 조건에 따라 동적으로 조절됩니다. 저온 및 낮은 pH와 같은 스트레스는 알려지지 않은 메커니즘10,11을 통해 세포 간 연결을 감소시킵니다. 균사 상처 및 비생물적 스트레스는 중격 기공 관련(SPA) 단백질과 SO(또는 SOFT) 단백질의 기공 축적을 유도합니다. 또한, 기공은 유사분열 동안 일시적으로 닫히고 세포 주기 조절자인 니마 키나아제가 핵에서 중격 기공으로 이동할 때 간기 동안 열립니다. 중격 기공은 또한 균사 연령11,19과 같은 생리학적 조건에 의해 조절되며, 이는 기능 조절에 추가 구성 요소가 관여함을 시사합니다. 중격 기공 조절의 이러한 역동적인 행동을 고려할 때, 특히 Woronin 신체 기능에 대한 제한된 지식을 고려할 때 기본 메커니즘에 대한 이해가 부족합니다.