생쥐 배아에서 단백질 합성과 인산화에 의한 밀집현상의 조절

Regulation of Compaction by Synthesis and Phosphorylation of Protein in Preimplantation Mouse Embryo

생쥐 초기 배아의 형태형성에 영향을 주는 세포질내 인자의 기원과 작용기작을 연구하기 위해 단백질 합성과 단백질 활성화 효소 (protein kinase)의 억제제를 처리한 배아의 세포질로 재조합된 배아에서 발생과 RNA합성, 단백질 인산화를 조사하였다. 단백질 합성 억제제인 cycloheximide (CHX)가 함유된 배양액에서 24시간 배양한 1-세포 배아의 제핵된 세포질을 두 개의 전핵을 모두 가진 절반의 1-세포 배아와 재조합한 P+P-CHX군의 배아 발생과 유전자의 활성화는 P+P군의 배아와 유사하였으나, 밀집 형성과 밀집형성이 일어나는 세포 시기는 빨라져서 P+2군과 유사하였다. 또한 초기 배아의 발생 시 1-세포기에서 2-세포기 사이에 일어나는 단백질 인산화가 형태형성과정에 미치는 영향을 알아보기 위해, tyrosine protein kinase와 serine-threonine protein kinase의 억제제인 genistein (Gen)과 6-dimethylaminopurine (6-DMAP)이 처리된 배아의 제핵된 세포질과 2개의 전핵을 가진 절반의 1-세포 배아를 융합시킨 P+2-Gen과 P+2-DMAP군 배아의 발생과 밀집현상을 대조군인 P+P와 P+2군과 비교하였다. P+2-Gen과 P+2-DMAP군 배아에 발생은 대조군에 비해 빨랐으며, 특히 P+2-Gen군 배아는 밀집이 4-세포기에 일어나 8-세포기에 일어나는 P+2-DMAP군의 배아에 비해 일어나는 시간과 세포 시기가 빨라졌다. SDS-PAGE 방법으로 분석한 재조합 3시간째 P+2-Gen과 P+2-DMAP군의 단백질 인산화량은 대조군인 P+P와 P+2군에 비해 증가하였으나 종류의 변화는 없었다. 한편 2차원 전기영동법을 이용하여 P+2-DMAP군의 배아에서 P+2-Gen에 비해 80KD와 110KD 단백질의 인산화가 억제된다는 결과를 얻었다. 이상의 결과들은 생쥐의 초기 배아에서 형태 형성의 조절은 유전자 활성화 또는 난자내 모계 mRNA에 의해 수정 후 합성되는 새로운 단백질에 의한 것이 아니고, 난자내에 존재하는 인자에 의해 조절됨을 시사한다. 이 인자들 중 단백질의 인산화는 배아 발생과 형태형성에 밀접한 관계가 있으며, 특히 초기 1∼2세포기 사이에 serine-threonine protein kinase에 의해 인산화되는 단백질이 밀집현상을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다.

To investigate the origin and action mechanism of cytoplasmic factors as regulators of morphogenesis, the embryonic development, RNA synthesis and protein phosphorylation were examined in reconstituted embryos. A half of 1-cell mouse embryo with both pronuclei was electrofused with the enucleated cytoplasm of 1- or 2-cell embryos which were cultured for 24 hrs from post 20 hrs hCG in CZB with or without cycloheximide (CHX, an inhibitor of protein synthesis; P+P-CHX group), genistein (Gen, an inhibitor of tyrosine protein kinase; P+2-Gen group) and 6-dimethylaminopurine (6-DMAP, an inhibitor of serine-threonine protein kinase; P＋2-DMAP group), and co-cultured with Vero cells for 5 days. And their development, cell numbers at compaction, [5, 6-$^3$H]-uridine incorporation into RNA and the pattern of protein phosphorylation after labeling of [$^{32}$ P] orthophosphate were compared with that of the reconstituted embryos such as P+2 or P+P (control group). Embryonic development and the time of RNA synthesis in P+P-CHX were similar to those in P+P. But the time and the cell stages of embryonic compaction in P+P-CHX were similar to those in P+2. The compaction was initiated at 4-cell in P+2 and P+2-Gen, but at 8-cell in P+P and P+2-DMAP. On a two-dimensional gel electrophoresis, phosphorylation of 80KD and 110KD proteins were inhibited after 3 hrs of reconstruction in the embryo of P+2-DMAP when compared with that of P+2 and P+2-Gen. These results suggest that protein synthesis between 1- and 2-cell stage affects the timing of embryonic genome activation, and that cytoplasmic factors derived from oocyte or their modification regulates the time schedule of embryonic compaction in mouse. Also, serine-threonine protein kinase has an important role on the regulation of compaction.