새 연구: 신경계 필수 이온 채널의 진화적 기원 재검토

Seoul펜실베이니아 주립대 연구진의 새로운 연구는 신경계의 전기 신호 전달에 중요한 특정 단백질에 대한 우리의 이해를 바꾸었다. 원래는 Shaker 계열의 이온 채널이 신경계와 함께 진화하여 동물이 더 복잡해지면서 나타났다고 생각했다. 그러나 새로운 연구에 따르면 이러한 채널은 신경계가 발전하기 훨씬 이전에 존재했다는 것이 밝혀졌다. 연구는 이 단백질들이 이전에 믿었던 것보다 훨씬 오래되었다는 것을 발견했다.

모든 동물의 공통 조상이 나타나기 전에 단세포 생물에서 처음 발견된 Shaker 계열의 칼륨 이온 채널이 있습니다. Choanoflagellates라는 단세포 생물들은 동물과 밀접한 관련이 있으며, Shaker 계열 이온 채널의 유전자를 가지고 있습니다. 이온 채널의 다양성은 단순한 신경망을 가진 가장 오래된 생물들에서 가장 높았습니다.

이온 채널은 세포막을 통해 이온의 이동을 조절하며, 신경계의 소통에 필수적인 전기적 신호를 가능하게 합니다. Shaker 계열의 채널은 특히 칼륨 이온이 세포를 빠져나가 활동전위를 종료하는 데 도움을 줍니다. 이러한 채널은 전기장의 변화에 따라 열리거나 닫힐 수 있습니다.

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연구에 따르면, 근오편모류의 Shaker 계열 이온 채널 유전자는 이전에 생각했던 것보다 Kv2, Kv3, Kv4 타입과 더 밀접한 관련이 있다고 밝혀졌습니다. 이는 이 채널 타입들이 실제로 가장 오래되었다는 것을 의미합니다. 동물의 공통 조상은 아마도 Kv1 채널(유즐해파리에서 발견됨)과 Kv2-4 유사 채널(근오편모류에서 발견됨)을 모두 가지고 있었던 것으로 추정됩니다. 일부 초기 동물들, 예를 들어 유즐해파리와 해면동물은 이후 Kv2-4 유사 채널 유전자를 잃었습니다.

이번 발견은 진화의 복잡성에 대한 흔한 믿음을 뒤흔든다. 동물의 출현 이전에 이미 신경계에 필요한 많은 중요한 요소들이 존재했음을 보여준다. 단세포 생물에서 이온 채널을 발견했다는 것은, 진화가 종종 새로운 것을 만들어내기보다는 이미 존재하는 것을 활용한다는 것을 시사한다.

이온 채널이 시간이 지나면서 어떻게 변화했는지를 이해하는 것은 그 기능을 더 잘 아는 데 도움을 줍니다. 이는 이온 채널의 문제로 발생하는 심장 부정맥이나 간질과 같은 질환을 치료하는 데 매우 중요할 수 있습니다. 다양한 종에서 유전자 손실을 발견할 수 있는 유전학적 시퀀싱은 이러한 발견에 핵심 역할을 했으며, 진화가 항상 직선적인 과정을 따르지 않는다는 것을 보여줍니다.