Production of Transgenic Murine Embryos using Haploid Spermatids Transfected with EGFP Gene

EGFP 유전자가 도입된 반수체 정자세포에 의한 형질전환 설치류 난자의 생산

In this study, the production of transgenic embryo was attempted by microinjection or round spermatid cultured with foreign DNA. At first, the expression of haploid spermatids specific gene, mTP1 in mouse and hPrm2 in hamster spermatids were investigated by RT-PCR method in testes of young mice and hamster testis. The specific gene expression first appeared at 18 days post partum (dpp) in mice spermatid and 20 dpp in hamster spermatid. Therefore, the round spermatids isolated from 17 dpp mice and 19 dpp hamster were used for the introduction of foreign EGFP gene into haploid round spermatids. For the introduction of EGFP gene haploid round spermatids suspended in medium including EGFP gene were treated with a different electric field strength at 0.11, 0.18 and 0.44 ㎸/cm. After electrical stimulation, viability of testicular sperm cells and 67.6%, 66.4% and 49.9%, in mice and 62.6%, 57.9% and 27% in hamster, respectively. These values were significantly lower than those of non-treated control groups 80.5% in mouse and 69.1% in hamster After 72 hrs culture, the highest expression rate of EGFP gene, 28.5% in mice and 32.1% in hamster were obtained from tile spermatogenic cells electroporated by the field strength or 0.18 ㎸/cm. Then, the ability of fertilization and embryonic development of haploid spermatids transfected with foreign EGFP gene were estimated by the microinjection of spermatids into hamster oocytes. The Irate pronuclear formation rate (77.5%) was lower than non-treated control (80%), and the cleavage rate of the treated group (58.8%) was lower than control (65%). To prove the foreign EGFP integration in hamster embryos, 2-cell stage hamster embryos were subjected to the observation under the fluorescence microscope, and the PCR analysis. As a result, about 44% of 2-cell embryos were showed the integration of EFGP gene into their genome. Therefore, These results suggest the possibility to produce transgenic hamsters by microinjection of haploid spermatid transfected with foreign DNA.

본 연구의 목적은 외래 EGFP 유전자를 분화이전의 웅성생식세포에 도입한 후 이를 난모세포내에 미세주입하여 형질전환동물을 생산하는 기술을 개발하는 데에 있다. 이를 위하여 반수체 정자세포에서 특이적으로 발현하는 생쥐의 mTP1과 햄스터의 hPrm2 유전자 발현 시기를 RT-PCR로 조사한 결과 그시기는 생쥐와 햄스터에서 각각 18일령과 20일령으로 확인되었다. 이에 따라 외래 유전자의 침입이 용이한 감수분열 직전단계인 17일령의 생쥐와 19일령의 햄스터 정자세포를 EGFP 유전자가 포함된 배양액에 부유시킨 다음, 전기자극을 부여한 결과 0.18 ㎸/cm의 전기자극을 가한 후 72시간 배양한 정자세포의 28.5%와 32.1%에서 EGFP 유전자가 발현되는 것으로 확인되었다. EGFP유전자가 도입된 반수체 정자의 수정 및 발달 능력을 검증하기 위하여, 이들 정자세포를 햄스터 난자 내에 미세주입 하였으나, 형광현미경하에서는 EGFP유전자의 발현은 관찰할 수 없었다. 이에 이들 난자를 공시하여 PCR분석을 실시한 결과, 약 44%의 수정란에서 EGFP 유전자의 존재가 확인되었다. 이러한 결과로 보아 반수체 정자세포는 외래 유전자를 난자 내에 도입하기 위한 운반체로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.