Exogenous DNA Transfer by Intracytoplasmic Sperm Injection in Porcine Oocytes

돼지에 있어서 난자내 정자 직접 주입에 의한 외래 유전자 도입에 관한 연구

Sperm-mediated DNA transfer has a potential to markedly simplify techniques for the generation of transgenic animals. The exogenous DNA transfer by intracytoplasmic sperm injection (ICSI) procedure has been recently introduced in the production of transgenic animals. In this study, the developmental competence and tile expression rates of transgene were investigated after injection of spermatozoon or sperm head with enhanced green fluorescent protein (EGFP) gene into the mature porcine oocytes. The porcine oocytes were injected with intact sperm, membrane-disrupted sperm or sperm head. After injection. embryos were cultured in NCSU23 medium up to the blastocyst stage, and the developmental competence and expression rates were studied. The developmental rate (67.0%) of sperm injection group was higher than that (59.7%) of sperm head injection group, and the rates of EGFP expression were also significantly different between sperm injection and sperm head injection groups (42.1 vs 20.0%) (F＜0.05). In the porcine oocytes injected with sperm treated with different methods of membrane disruption, the removal of sperm membrane did not alter the developmental competence of embryos. The rate of blastocysts at 7 days after injection with intact and membrane disrupted sperm were 15.0 and 14.2%, respectively. The EGFP expression rates, 38.4% in embryos injected with frozen-thawed sperm was higher than that, 22.4% of embryos injected with the Triton X-100 treated sperm. Prior to injection, sperm were cultured in different EGFP gene concentrations from 0.Ol to 1ng/u${mu}ell$. However, no significant difference in developmental rates of embryos among different concentrations of EGFP gene were observed. The highest expression rate of EGFP gene, 37.4% was obtained from the embryos injected with spermatozoa treated with 0.1 ng/${mu}ell$ EGFP gene. These results suggested that exogenous DNA could be attached to the membrane disrupted sperm, and that these sperm could be used as a vector carrying foreign DNA into embryos.

정자를 매개체로 한 유전자 전이는 형질 전환 동물의 생산을 위한 가능성 있는 간단한 방법이다. 또한 세포질내 정자 주입법에 의한 외래 유전자의 전이에 의한 형질 전환 동물의 생산이 최근에 보고되었다. 본 연구에서는 정자를 EGFP유전자와 공배양한 후 이를 난모세포내에 미세 주입한 다음, 수정란의 발달과 EGFP유전자의 발현을 조사하였다. 돼지 난자에 정자, 세포질막이 파괴된 정자 또는 정자를 주입하였다. 주입 후 수정된 난자는 NCSU23 배양액에서 배반포까지 배양하였으며, 배발생율과 EGFP 유전자의 발현을 연구하였다. 정자를 미세 주입한 결과 난할율은 67.0%로 정자두부를 미세주입한 난할율인 59.7%보다 높았고, 수정란의 EGFP 유전자 발현율은 각각 42.1와 20.0%로서 전자가 유의하게 높았다. 세포질막을 파괴하기 위해 다른 방법들로 정자를 처리하여 주입하였을 시 구정란의 배발생율에 영향을 주지 않았다 정자, 세포막이 파괴된 정자를 주입하여 배반포 발생율을 조사한 결과, 15.0과 14.2%로서 유의차가 없었다. 동결융해하거나 Triton X-100으로 처리한 정자를 주입하여, EGFP 발현율을 조사한 결과, 동결융해 정자를 사용했을 때의 성적이 38.4%로 타군의 성적인 22.4%에 비해 유의하게 높았다. 미세 주입에 앞서 정자는 EGFP 유전자의 0.01 ng/${\mu}\ell$ 부터 1 ng/${\mu}\ell$까지의 여러 농도로 배양되었다. 그러나 난할율을 조사한 결과 EGFP 유전자의 농도 차이에 따른 유의차가 없었다. 정자 배양액에 첨가된 EGFP 유전자의 농도가 0.1 ng/$m\ell$일 때 EGFP 발현율은 37.4%로서 가장 높은 결과를 보였다. 따라서 본 연구의 결과에 의하면 세포질막을 제거한 정자에 외래 유전자가 묻게 되며, 이 정자는 외래유전자를 수정란내로 옮겨 매개체로서의 역할이 가능할 것으로 생각된다.