한빛사논문
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Hyunsoo Yim 1,7, Daniel T. Choe 1,7, J. Alexander Bae 2,7, Myung-kyu Choi 2, Hae-Mook Kang 2, Ken C. Q. Nguyen 3, Soungyub Ahn 1, Sang-kyu Bahn 4,6, Heeseung Yang 1, David H. Hall 3, Jinseop S. Kim 4,5,* & Junho Lee 1,2,*
1Department of Biological Sciences, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea.
2Research Institute of Basic Sciences, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea.
3Dominick P. Purpura Department of Neuroscience, Albert Einstein College of Medicine, Bronx, NY 10461, USA.
4Neural Circuits Research Group, Korea Brain Research Institute, Daegu 41062, South Korea.
5Department of Biological Sciences, Sungkyunkwan University, Suwon-si, Gyeonggi-do 16419, South Korea.
6Present address: Cognitive Science Research Group, Korea Brain Research Institute, Daegu 41062, South Korea.
7These authors contributed equally: Hyunsoo Yim, Daniel T. Choe, J. Alexander Bae.
*Corresponding authors: correspondence to Jinseop S. Kim or Junho Lee
Abstract
A fundamental question in neurodevelopmental biology is how flexibly the nervous system changes during development. To address this, we reconstructed the chemical connectome of dauer, an alternative developmental stage of nematodes with distinct behavioral characteristics, by volumetric reconstruction and automated synapse detection using deep learning. With the basic architecture of the nervous system preserved, structural changes in neurons, large or small, were closely associated with connectivity changes, which in turn evoked dauer-specific behaviors such as nictation. Graph theoretical analyses revealed significant dauer-specific rewiring of sensory neuron connectivity and increased clustering within motor neurons in the dauer connectome. We suggest that the nervous system in the nematode has evolved to respond to harsh environments by developing a quantitatively and qualitatively differentiated connectome.
논문정보
- Research article
- 2024년 02월 (BRIC 등록일 2024-02-28)
- 국내(교신)+국외 연구진
- 생명과학 > 세포생물학
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학술웨비나
예쁜꼬마선충 다우어 비교커넥토믹스를 통한 뇌의 발생 유연성 연구 [Nat. Commun.] 신경과학의 근본적인 질문중 하나는 신경계가 발생하는 동안 얼마나 유연하게 변화하는가에 대한 것입니다. 본 연구에선, 예쁜꼬마선충의 대안적 발생 단계인 다우어 시기의 커넥톰을 재구성하여, 다우어 특이적인 행동에 대한 기전을 밝히고자 하였습니다. 다우어 신경환(nerve ring)의 serial-section TEM 이미지를 3D로 재구성하고, 딥러닝을 이용한 자동 시냅스 검출을 통해 그 연결성을 밝혀 커넥톰을 완성했습니다. 정상적인 발생 단계와 달리 다우어 신경계는 뉴런 형태와 시냅스에 대규모 구조적 변화가 많았으며, 네트워크 차원의 변화를 수반하였고, 이는 결국 발생특이적 행동 변화로 이어졌습니다. 다우어는 고유의 독특한 커넥톰을 가역적으로 발달시킴으로서 환경에 대응하도록 진화했음을 시사합니다.- 임현수(서울대학교)
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