Gonadal remodelling in socially driven sex change is associated with novel and known sex genes, epigenetic reprogramming, and inflammation-mediated apoptosis.

수중 세계의 일부 물고기들은 대부분의 동물에게는 불가능해 보이는 생물학적 유연성을 지니고 있는데, 바로 성별을 바꿀 수 있다는 점이다. 성전환이라고 알려진 이 현상은 무작위적인 발생이 아니라 사회적 환경에 대한 정밀한 반응이다. 특정 종의 경우, 집단의 우두머리 수컷이 사라지면 가장 큰 암컷이 그의 자리를 대신하기 위해 수컷으로 변한다. 이 과정은 신체의 생식 기관을 완전히 개조하여 난소를 정소로 바꾸는 과정을 포함한다. 과학자들은 오랫동안 이 극적인 신체적 변화를 관찰해 왔지만, 이러한 근본적인 변형을 안내하는 내부의 분자적 지침은 대체로 미스터리로 남아 있었다. 신체가 어떻게 한 세트의 생식 구조를 해체하고 다른 구조를 구축할 수 있는지 이해하는 것은 발달이 어떻게 이루어지는지, 어떻게 역전될 수 있는지, 그리고 암컷 또는 수컷이 되는 유전적 청사진이 어떻게 유지되고 변경되는지를 보여주는 독특한 창을 제공한다.

연구진은 암컷에서 수컷으로의 전이를 자연적으로 겪는 온대성 어류인 뉴질랜드 점박이 래스(New Zealand spotted wrasse)에 주목했다. 이 변화의 숨겨진 메커니즘을 밝혀내기 위해 연구팀은 먼저 이 종에 대한 고품질의 유전 지도, 즉 게놈을 구축했다. 이 지도는 참조 가이드 역할을 하여 물고기 세포 내의 활성화된 지침을 읽을 수 있게 해주었다. 그 후 연구진은 이 물고기 집단들을 일정 기간 추적하며, 각 집단에서 우두머리 수컷을 제거하여 가장 우세한 암컷이 성전환을 일으키도록 유도했다. 다양한 전환 단계에서 조직 샘형을 채취하고 이를 생식샘의 상세한 현미경 이미지와 결합함으로써, 과학자들은 일어나는 과정에 따른 분자적 사건의 타임라인을 생성했다. 이러한 접근 방식은 최종 결과뿐만 아니라 장기 재구조화 자체의 단계별 과정을 볼 수 있게 해주었다.

데이터는 물고기 내부의 유전적 활동에서 나타나는 명확하고 꾸준한 변화를 드러냈다. 암컷이 수컷으로 변하기 시작함에 따라, 물고기를 암컷으로 만드는 데 책임이 있는 유전자들의 활동은 점차 줄어든 반면, 수컷 발달을 주도하는 유전자들은 꾸준히 증가했다. 이 패턴은 과학자들이 예상했던 모습을 확인시켜 주었으나, 연구는 특정 새로운 핵심 요소들을 식별함으로써 훨씬 더 나아갔다. 연구진은 성전환이 단순히 생식 유전자의 단순한 스위치 작동이 아니라, 염증과 조직 정화의 복잡한 파동을 포함한다는 것을 발견했다. 면역 체계 및 오래된 세포의 제거와 관련된 유전자들이 매우 활발해졌는데, 이는 신체가 기존의 난소 조직을 분해하기 위해 통제된 염증 반응을 사용함을 시사한다. 아포토시스(apoptosis)라고 알려진 이 과정은 재건이 시작되기 전 필수적인 철거 단계로서 작용하며, 새로운 수컷 구조가 형성될 길을 터준다.

면역 반응 외에도, 이 연구는 이 변형에 결정적인 역할을 하는 것으로 보이는 이전에 알려지지 않은 유전자 세트를 강조했다. 이 새로운 후보 유전자들은 잘 알려진 성 결정 유전자들과 함께 작-용하여 생식샘의 거대한 재구성을 조율한다. 이번 연구 결과는 성을 바꾸는 능력이 확립된 발달 경로와 이러한 새로운 유전적 신호 사이의 정교한 상호작용에 의존하며, 이 모든 것이 일시적인 염증 상태를 통해 관리된다는 점을 시사한다. 이러한 사건들을 시작부터 끝까지 매핑함으로써, 이 작업은 헌신된 발달 과정이 어떻게 역전되어 장기를 완전히 바꿀 수 있는지에 대한 상세한 그림을 제공한다. 이 연구는 뉴질랜드 점박이 래스를 성전환 연구를 위한 강력한 새로운 모델로 확립하며, 발달의 가소성과 동물이 성을 결정하는 방식의 진화에 대한 더 명확한 이해를 제공한다.