Response pattern to dietary carbohydrates of amylase activity in Drosophila melanogaster

Abstract

노랑초파리의 녹말 분해 쵸노민 α-amylase 는 유전자조절의 좋은 모델로서 연구되어왔다. 노랑초파리에서 amylase 유전자는 나란히 중복되어 있고, 이러한 분자적 특이성 때문에 전기영동상의 이동도에 따라 가장 빠른 band를 1로해서 순서대로 6까지 나타나는 isozyme type을 가진다. Isozyme type과 α-amylase 활성도는 한국의 부산과 천안에서 채집해온 총27계통의 초파리를 대삳끄로 하여 측정하였다. 이 실험결과를 토대로 AMY¹계통 중 활성이 높은 계통과 낮은 계통, AMY¹³중 활성이 높은 계통과 낮은 계통을 선정하여 glucose와 starch에 의해 각각 초파리 계통의 amylase 활성이 어떻게 달라지는지 알아보았다. 따라서 본 연구에서는 탄수화물을 전혀 처리하지 않은 대조군과 glucose와 starch 을 각각 10% 처리한 실험배지에서 4계통의 초파리를 키워 amylase 활성의 차이를 조사하였다. 효소활성 효율의 차이는 DNSA를 이용하여 흡광도의 차이로 녹말의 분해정도를 알아보았고 효소량의 차이는 항원항체 반응을 이용한 CRM을 통해 측정하였다. 또한 각 isozyme의 변화양상을 보기 위하여 polyacrylamide gel 에서 전기영동을 실시하였다. 실험결과는 SAS통계프포피랭물 이용하여 분석하였다. 1. 4계통 모두에꺼 glucose 에 의한 활성감소가 유의적으로 나타났다. (p<0.71), 효소활성도를 측정한 결과 B3이 1.73 unit/min.mg 으로 가장 낮게, B4가 3.75 unit/min.mg으로 가장 높게 나타났다. 또한 이는 전기영동 상에서 확인할 수 있었으며 대조군이나 starch을 처리하였을 때 AMY¹band가 진하게 나타나는데 비해 glucose를 처리한 결과 진하기가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이로 보아 같은 초파리 개체 내에서도 isozyme메 따라 amylase 발현이 다르게 조절되는것으로 딸 수 있었다. 2. Starch 을 처리하였을 때는 대조군과 비교하여 처리효과가 없는 것으로 결론 지을 수 있었다. 단 B4는 예외로 amylase 합성이 31%정도 유도되었으며 이는 전기 영동상으로 확인할 수 있었다. 특히 AMY³band가 진하게 나타났으며 같은 AMY¹³type인 B1과 비교할 때 그 차이를 확실히 할 수 있었다. 3. Bl과 C6는 amylase pattern 은 다르지만 효소활성은 유사하게 나타났다. 또한 B1은 같은 amylase pattern을 갖는 확실히 다른 dietary effect를 보이며 이는 전기 영동상에서 더 확실히 볼 수있다. 이 결과는 amylase 활성이 구조유전자의 차이때문이 아니라 조절유전자 차이에서 기인한다고 볼 수 있는 증거로서 서 제시될 수 있을것이다. 좀 더 확실한 이론적 근거가 되기 위해서 조절 유전자에 대한 분자적 수준에서의 연구가 이루어져야 할 것이다 4. 이러한 dietary carbohydrate와 계통에 따른 효소활성의 차이는 CRM을 통하여 효소활성의 차이라기보다 효소량의 차이라는 것을 확인하였다. 이러한 결과들을 바탕으로 요약하면 glucose에 의한 repression은 모든 계통에서 비교적 잘 보존된 특징인 반면 starch에 의한 induction은 특정계통에 의해 나타나고 이 조절은 regulator gene에 의한 것으로서 고등생물의 조절기작에 대한 기반을 마련해 줄 것이다. ; We showed the strain specific effects in Korean population and chose four representative strains, B1, B3, B4, and C6 from this 27 laboratory strains that represent a range of naturally occurring amylase variants in Korea. Dietary effects of carbohydrates on amylase expression were investigated in strains known to differ in levels of total amylase activity and electrophoresis pattern when reared on standard cornmeal-yeast food. Progeny were analyzed for a - amylase activity and Amy - electrophoresis frequencies. Amylase activity was repressed by dietary glucose in a strain-specific manner. Considering our CRM results, this reduction in enzyme activity reflects a reduction in the quantity of amylase protein, rather than an inhibition of enzyme activity. All four strains had high levels of amylase activity in the and starch-treated media. When starch was added to the diet, the amylase activities were a little induced but that of the B4 strain was eminently induced. A question that naturally arises concerns the molecular basis for these strain-specific variations in the degree of carbohydrate regulation of this Eucharistic gene. These results may suggest that the regulatory systems responsible for the response to environment expression are different among strains in Drosophilae melanogaster, even between sibling and closely related strains. In those strains, which carry a duplication of the amylase structural gene, the two soymilk forms of amylase could be differentially expressed by dietary carbohydrate, which was eminently shown AMY^1,3 in the electrophoresis pattern. As a result, these findings suggest that amylase can respond to dietary carbohydrate to strain specific manner. Therefore Drosophilae amylase systems seem to be evolving to adapt to environments in each life. To understand this mechanism, it is needed to study molecular basis and the regulatory patterns.