[신경과학] 16.2 : genetics of sex - 3

 

 

이번 포스트에서는 sex hormone의 작용과 관련해 조금 더 자세히 알아보자.

 

 

genetic sex와 hormonal action이 mismatch를 이루게 된다면 어떠할까.

 

 

실제로 XX인 rat에게 prenatal testosterone을 투여해봤더니, 이 녀석은 female reproductive behavior를 보이지 않음. 그 밖에, XX인 guinea pig가 자궁에 있을 때 testosterone을 투여해봤더니 external genital(외부생식기)들의 masculinization이 일어났으며, mounting behavior를 보임.

 

 

그 밖에 또 다른 흥미로운 예도 있는데, 바로 소가 쌍둥이를 가지게 되었을 시 가끔 관찰되는 freemartin이 그것임. 일반적으로 쌍둥이를 가졌다 하더라도 수컷-수컷, 암컷-암컷인 경우에는 서로 혈관이 연결되어 있어도 아무런 문제가 없음. 그러나 수컷-암컷인데 서로 혈관이 연결되어 있을 경우, female 개체가 male에게서 만들어진 testosterone에 노출되어서 female cow가 infertile해지고 행동적으로 cow보다는 bull에 가까워지게 됨. 이렇게 생긴 비정상적인 암컷 cow를 freemartin이라 부름.

 

 

그 밖에 human에서도 비슷한 예가 있는데, androgen insensitivity와 CAH가 가장 대표적으로 거론됨.

 

 

 

 

한편 위 그림에는 pituitary, 그리고 hypothalamus에 의해 sex hormone들이 regulation되는 hormonal cascade 기작이 표현되어 있음. 보면 우선 hypothalamus에서 GnRH(gonadotrophin releasing hormone)이 분비되어 anterior pituitary를 자극하고, 그 결과 gonadotrophin hormone의 일종인 LH(Luteinizing hormone), FSH(Follicle stimulating hormone)가 분비되어 ovary나 testis에 작용함. 그 결과 ovary나 testis로부터 estradiol 혹은 testosterone이 분비되게 됨. 참고로 이렇게 분비된 sex hormone들은 hypothalamus에 다시 영향을 미쳐 negative feedback을 구성하기도 함.

 

 

추가적으로 female의 경우 LH와 FSH 작용에 의해 ovary로부터의 estrogen 분비가 촉진되고, male의 경우 LH에 의해서는 testosterone production이, FSH에 의해서는 sperm cell의 maturation이 촉진됨.

 

 

 

 

 

다음으로 sex hormone의 effect와 관련된, William C. Young의 유명한 실험에 대해 알아보자.

 

 

 

 

이 실험은 위와 같은 논문에 등재된 실험임.

 

 

 

 

실험결과는 위와 같음.

 

보면 male pup을 castration시킨 후 한참 성장시키다가, estrogen을 puberty 시기에 주입한 경우 이 녀석은 female적인 행동을 보이게 됨. 한편 female pup의 경우, puberty 시기에만 testosterone을 넣어준다고 해서 male behavior를 보이는 것은 아니고, 태어난 직후(day 1)에도 testosterone을 노출시켜줘야지만 male behavior를 보이게 됨.

 

 

결국 이 실험결과를 보면 알 수 있는 것처럼 디폴트가 female인 상태에서 아주 어릴 때 testosterone surge가 있어야만 male이 될 수 있음. testosterone의 이러한 effect를 organization effect라고 함. 한편 2차성징이 오면서 sex hormone이 다시금 관여해 sexual behavior를 유발하게 되는 effect를 activation effect라고 부름.

 

 

 

 

한편 위 그림에는 다시금 그림으로 각각의 effect에 의한 sex determination이 표현되어 있음. (특별히 뇌의 관점에서 표현되어 있음) 참고로 이 자료에서도 알 수 있는 것처럼 남성화를 masculinization이라 하고, 여성화를 feminization이라 함.

 

 

 

결국 sex hormone이 생식기관의 구조를 결정한 후 오랜 시간이 지나면 뇌에 활성 효과를 보이게 됨. 이 효과는 뇌 구조의 일시적인 변경에서부터 신경돌기의 구조 변화에 이르기까지 넓은 영역에서 나타남.

 

 

또한 testosterone 수준은 sex behavior 전이나, 혹은 sex behavior에 대해 몽상하는 동안에도 증가할 수 있음. 역으로, 감소한 testosterone 수준은 성적인 interest 감소와 관련되어 있음. 그 밖에 여성이 월경 주기 중 estradiol 농도가 가장 높을 때 sex behavior를 개시하는 경향이 있다는 보고가 있음. 즉, 아직 잘 알려져 있지는 않지만 모종의 기전을 통해서 hormone 수준이 남녀 모두의 뇌와 성 행동에 대한 흥미에 영향을 주게 되는 것임. 이 과정을 밝히는 것은 최근에도 여전히 hot topic임.

 

 

 

 

실제로 위 그림상에서도 볼 수 있는 것처럼 estrogen의 유무에 따라서 brain 내의 Neurite density가 달라지게 됨.

 

 

 

 

위 그림 위쪽에 나타나 있는 것은 hippocampus의 구조임. 그런데 이 구조를 보면 control에 비해 estradiol을 treat한 hippocampus의 dendritic spine density가 훨씬 더 증가했음을 확인 가능함. (각각의 dendritic spine은 synapse를 형성함)

 

 

참고로 estradiol 과분비에 의해 dendritic spine의 양이 증가하게 되면 seizure 등이 나타날 수 있음.

 

 

 

 

 

 

한편 그 밖에 brain의 structure 자체에서도 male, female에 따른 dimorphism이 관찰됨.

 

 

 

 

 

위 그림에는 쥐 brain의 한 단면이 나타나 있는데, 보면 female에 비해 male의 SDN(sexually dimorphic nucleus)이 5-8배정도 더 크다는 것을 알 수 있음.

 

 

그 밖에, songbird의 경우에도 singing-related brain nuclei의 구조와 크기가 암수에 따라 다르고, 그 결과 오직 male만이 sing을 할 수 있게 됨.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 초파리의 성행동에 대해 알아보자.