Abstract
This study was carried out to evaluate the potential for preselection of transgenic embryos prior to transfer into recipient animals. In these experiments, I used a 3.2 kb transgene which contained the neomycin resistance gene (neo) and lac Z gene driven by the $\beta$ actin promoter (iacZ Ineo). Oocytes were aspirated from abattoir ovaries, matured in TCM-199 supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), 5 ${\mu}\textrm{g}$/ml LH, 0.5 ${\mu}\textrm{g}$/ml FSH, 100 unit/ml penicillin, and 100 ${\mu}\textrm{g}$/ml streptomycin for 22 to 24 hrs then inseminated with a sperm suspension of 1 X 10$^6$ sperm/ml containing 5 ${\mu}\textrm{g}$/ml of heparin. At 18-20 hrs after insemination, cumulus cells were removed by vortexing and pronuclei of centrifuged zygotes microinjected with the lacZ/neo construct (3 ng/$\mu$l). All cultures were carried out in CR1aa with transfected BRL monolayers containing 3 mg/ml BSA, 20 $\mu$/ml NEM amino acids and 40 $\mu$I/ml BME amino acids. To identify the appropriate concentration of G418 for selection, non-microinjected zygotes were cultured in the presence of 0, 50, 100 and 200 $\mu$g/ml of G418. After 8 days of culture in these treatments, 44/145 (30.3%), 13/150 (8. 7%), 1/151 (0.7%) and 0/134 (0.0%) devel-oped to the blastocyst stage in 0, 50, 100 and 200 $\mu$g/ml of G418, respectively. A total of 1,127 zygotes were microinjected and placed into culture (without G418) and subsequently 710 (63.0%) cleaved. At 48 hrs post-injection, embryos ($\geq$2-cell) were randomly assigned to control (medium alone) or G418 (100 ${\mu}\textrm{g}$/ml) treatments. A control culture of 740 non-microinjected embryos from the same replicates of embryos were also placed into control medium. After 8 days in culture, 54/343 (15.7%) and 22/367 (6.0 %) of the microinjected embryos developed to the blastocyst stage in control and G418 media, respectively. A total of 151/740 (27.2%) of the non-microinjected embryos placed in the control medium developed to the blastocyst stage. The blastocysts in the control treatment had a mean of 70.7 ${\pm}$ 4.7 cells of which 23.1 ${\pm}$ 2.6 (32.7%) stained for $\beta$-Gal activity. B1astocysts in the G418 treatment had a mean of 48.8${\pm}$7.5 cells of which 40.3 ${\pm}$ 4.1 (82.6%) stained for $\beta$-Gal ac tivity (P<0.05). In the control treatment 26 of 30 (87.0%) blastocysts had some cells with $\beta$-Gal activity while all of the blastocysts in the G418 treatment had some cell with $\beta$-Gal ac tivity (P<0.05). However, ICM colonies in either control or G418 treatments were not expressed any epiblast cell except of trophetoderm celIs. The $\beta$-actin promoter/lacZ gene may not be e expression or silence expression in epiblast cells These results clearly show an enrichment of blastocysts expressing the transgene in the majority of their cells after culture in the presence of G418. The exogeneous gene was not express a and silence in ICM colonies especiallly epiblast cells except of trophectederm cells. Even though the higher rate cell number expressed of exogeneous gene in the G418 treatments, a total cell number was decrease significantly (P<0.05) of which might be also drop of the establishment of ES like-cell colonies and production of transgenic animals. However, futher studies need to determine the viability of these selected embryos and the avability of production of transgenic offspring.
본 연구는 수정란을 수란우에 이식하기 이전에 형질전환가능 수정란을 선발할 수 있다면 형질전환동물의 생산에 크게 도움이 되므로 3.2 kb $\beta$-actin promoter (lacZ/n대) DNA를 미세주입하여 배반포기배에서의 발현을 확인하여 이들을 선발할 수 있는가를 규명하고자 하엿다. 채란된 난포란은 10%FBS, 5$\mu\textrm{g}$/ml LH, 0.5$\mu\textrm{g}$/ml FSH, 100 unit/ml penicillin 및 100 $\mu\textrm{g}$/ml streptomycin이 함유된 TCM199에 22~24 시간동안 체외성숙을 유도후 5$\mu\textrm{g}$/ml heparin으로 수정능획득을 유도한 1$\times$106 sperm/ml의 정자로 체외수정을 시켰다. 체외수정후 18~20시간째에 vortexing에 의해 과립막세포를 제거하고 원심분리시켜 자/웅전핵이 확인되는 수정란의 핵에 3~4 ng/${\mu}\ell$ lacZ/neo DNA를 미세주입하였다. 모든 수정란의 배양은 3 mg/ml BSA, 20${\mu}\ell$/ml NEM AMINO acids 및 40${\mu}\ell$/ml BME amino acids가 함유되어 있는 CR1aa 배양액에 neo/DNA로 transfected 된 BRL 단층에서 실시하였다. G418에 대한 적정농도를 찾기 위하여 정상적인 수정란에 0, 50, 100 및 200 $\mu\textrm{g}$/ml G418를 첨가하여 배양한 결과 8일째에 30.3%(44/145), 8.7%(13/150), 0.7%(1/151) 및 0% (0/134)의 수정란이 배반포기까지 발달하였다. 그래서 본 실험에서는 일정하게 100$\mu\textrm{g}$/ml G418을 첨가하여 배양하였다. 총 1,127개의 수정란을 미세주입후 G418 없는 배양액에서 710개 (63.0%)가 분할하였다. 미세주입후 48시간째에 2-세포기이상 분할된 수정란을 대조구 및 100$\mu\textrm{g}$/ml G418처리구를 무작위로 할당하여 배양하였으며, 또한 740개의 정상수정란도 같은 반복수로 배양을 실시하였다. 미세주입한 수정란은 8일 후 11.6%(26/255) 및 5.2% (14/267)가 대조구 및 G418 처리구에서 배반포기까지 발달하였으며 정상수정란은 27.2% (151/740)가 배반포기 배까지 발달하였다. 미세주입후 대조구에서는 23.1$\pm$2.6/70.7$\pm$4.7 (32.7%)의 할구가 $\beta$-Gal 활력을 보였고, 반면에 100$\mu\textrm{g}$/ml G418 처리구에서는 40.3$\pm$4.1/48.8$\pm$7.5 (82.6%)가 $\beta$-Gal 활력을 보였다. 비록 mosaic 형태로 외래유전자가 발현되었지만 대조구에서 87.0% (26/30개) 배반포기가 $\beta$-Gal 활력을 보인 반면, G418 처리구에서는 모든 배반포기가 $\beta$-Gal 활력을 보였다 (P<0.05). 그러나 대조구 및 G418 처리구의 ICM colony에서는 영양배엽과 내배엽을 제외한 epiblast에서는 확인되지 않았다. 그러나 이 결과로부터 $\beta$-actin promoter/lacZ gene이 integration되지 않는 것인지 또는 다만 염색 확인이 되지 않는 것인지를 판단할 수는 없다. 이상의 결과는 미세주입후 G418에서 배양한 배반포기배에서는 대부분의 할구에서 주입된 gene을 발현하고 있었으나 ICM colony에서는 특히 epiblast에서는 발현되지 않거나 침묵하고 있었다. 비록 G418 처리구에서 훨씬 더 높은 비율로 주입된 gene이 발현되고 있으나 총세포수는 유의적으로 감소하여 이후 형질전환동물의 생산과 ES like-cell의 설립에는 감소될 것으로 사려된다. 그러나 형질전환 수정란의 선발 및 형질전환동물의 생산능력에 관해서는 더 많은 연구가 필요하다고 사려된다.
