배아줄기세포를 이용한 형질전환동물의 제조는 유전자의 기능 연구에 필수적이다. 특히 유전자 파괴 생쥐는 유전자의 기능 연구뿐만 아니라 사람 질병 연구에 중요한 모델이 되어 왔다. 유전자 적중법(gene targeting)과 유전자 함정법(gene trapping)은 ES 세포에서 녹아웃(knockout) 생쥐를 제조하는 대표적인 방법이다. 20여 년 전 유전자 적중법과 함정법이 최초로 개발된 이후에 이 기술은 많은 변화를 거쳤다. 특히 상동재조합에 기초한 전통적 유전자 적중법은 대량 제조기반의 조건부 유전자 적중법의 개발로 이어졌고, 유전자 적중법 및 유전자 함정법의 장점 요소의 조합은 유전자를 파괴하는 범위를 넓혔고, 유전자 적중을 더욱 효율적으로 만들었다. 이런 기술은 특정 유전자를 표적으로 하는 다양한 종류의 돌연변이 형질전환동물을 제조할 수 있게 하여 포스트게놈 시대에 요구되는 전체 유전체의 기능 연구를 더욱 효과적으로 진행시켜 줄 것이다.
상동유전자 재조합기술을 myostatin 유전자에 적용하기 위해 돼지 골격에 붙어 있는 근육으로부터 RNA를 추출하였고 돼지 Myostain Exon 3 부위의 specific primer를 제작하여 RT-PCR 을 수행 한 후 증폭된 342bp DNA 를 추출하여 T vector 에 ligation한 후 sequencing을 실시하여 돼지 genomic DNA 에서 Myostatin gene 의 Exon 3 부위와 100% match 되는 것을 확인하였다. (omitted)
앞으로 30년 안에 시속 500km의 초고속선이 등장하고 서울과 뉴욕이 반나절 거리로 단축된다. 한국 주도로 환태평양 해양개발시대가 열리고 한달 장기예보가 현2일 단기예보 적중률 수준으로 높아진다. 컴퓨터는 성능이 10배로 향상되고 소형화되어 우리 생활에 한층 깊숙이 영향을 미치게 된다. 암 백신과 암 유전자 치료가 발전해서 암 정복에 획기적인 전기를 마련할 것이다. 이는 각 분야의 전문가들이 우리나라 과학기술 30년을 전망한 주요 골자이다.
생쥐 유전자를 과발현 시키거나 제거하는 유전자 조작 기술의 발달은 배 발생 단계나 출생 후 특정한 세포에서의 특정 단계에서의 유전자 기능을 이해하는 많은 기여를 하고 있다. 특히, 높은 상동 재조합 활성을 가지는 생쥐 배 줄기세포를 이용한 유전자 적중 기법은 인간 질환을 이해하는데 필수적인 동물 모델 개발에 중요한 기여를 하였다. 최근에는 Cre과 Flp와 같은 염기서열 특이적 재조합 효소와 라이겐드에 의한 조절 시스템의 도입으로 좀 더 정확하고 정교한 유전자 발현 조절을 위해 개발되어 복잡한 생명현상을 지배하는 메카니즘과 시간과 공간에서 작동하는 유전자의 기능을 이해하는데 많은 기여를 하고 있다. 마우스 게놈을 세밀하게 조작할 수 있는 새로운 분자생물학적 도구의 적용으로 in vivo상에서 유전자의 다양한 기능을 좀 더 정확하게 이해할 수 있는 기회가 열릴 것으로 기대된다.
저밀도 리포단백질 수용체 관련 단백질 5(LRP5)는 간과 췌장을 포함하여 많은 조직에서 발현하며 아포리포단백질 E와 결합한다. 이와 같은 LRP5 유전자의 체내 기능을 규명하기 위하여 LRP5 유전자가 결손된 생쥐를 개발하였다. 먼지 LRP5 genomic DNA는 TT2 ES 세포로부터 분리하였으며 LRP5 유전자의 엑손 18에 neo 유전자를 삽입한 vector를 구축하고 TT2 ES 세포에 도입하였다. 178개의 G418 내성을 보인 세포 중 상동유전자 재조합에 의하여 targeting vector가 LRP5 유전자 위치에 삽입된 clone은 3개였다. 키메라 생쥐는 상실배기 수정을 ES 세포와 응집시켜 생산하였으며 생산된 키메라 생쥐는 C57BL/6 생쥐와 교미를 유도하여 heterozygous를 얻었다. 또한 이들 heterozygous간의 교배에 의하여 LRP5 유전자 결손 생쥐를 생산하였다. 이러한 생쥐는 LRP5 유전자의 체내 기능연구에 있어서 모델로 이용될 것으로 생각된다.
Cleft lip and/or palate are common birth defects in humans and the causes including multiple genetic and environmental factors are complex. Combinations of genetic, biochemical, and embryological approaches in the laboratory mice are used to investigate the molecular mechanisms underlying normal craniofacial development and the congenital craniofacial malformations including cleft lip and/or palate. Both forward and reverse genetic approaches are used. The forward genetic approach involves identification of causative genes and molecular pathways disrupted by uncharacterized mutations that cause craniofacial malformations including cleft lip and/or cleft palate. The reverse genetic approach involves generation and analyses of mice carrying null or conditional mutations using the Cre-loxP mediated gene targeting techniques.
Background: Monoclonal antibodies (mAb) of rodent origin are produced with ease by hybridoma fusion technique, and have been successfully used as therapeutic reagents for humans after humanization by genetic engineering. However, utilization of these antibodies for therapeutic purpose has been limited by the fact that they act as immunogens in human body causing undesired side effects. So far, there have been several attempts to produce human mAbs for effective in vivo diagnostic or therapeutic reagents including the use of humanized xenomouse that is generated by mating knockout mice which lost Ig heavy and light chain genes by homologous recombination and transgenic mice having both human Ig heavy and light gene loci in their genome. Methods: Genomic DNA fragments of mouse Ig heavy and light chain were obtained from a mouse brain ${\lambda}$ genomic library by PCR screening and cloned into a targeting vector with ultimate goal of generating Ig knockout mouse. Results: Through PCR screening of the genomic library, three heavy chain and three light chain Ig gene fragments were identified, and restriction map of one of the heavy chain gene fragments was determined. Then heavy chain Ig gene fragments were subcloned into a targeting vector. The resulting construct was introduced into embryonic stem cells. Antibiotic selection of transfected cells is under the progress. Conclusion: Generation of xenomouse is particularly important in medical biotechnology. However, this goal is not easily achieved due to the technical difficulties as well as huge financial expenses. Although we are in the early stage of a long-term project, our results, at least, partially contribute the successful generation of humanized xenomouse in Korea.
본 실험은 phospholipase C (PLC)-$\beta$-3 및 peroxiredoxin (Prx) II 유전자가 적중 ($\Delta$)된 J1 마우스 배아주 (embryonic stem) 세포로부터 생식선이행 카이미라 마우스생산을 위한 제반조건 및 배아주세포의 배양조건을 확립하기 위하여 수행되었다. 80% 이상의 정상핵형을 보이는 유전자 적중된 4개의 클론 ($\Delta$Pu II C3, $\Delta$Pu II C3, C10 및 15)으로부터 카이미라를 생산하였을 때 형태적으로 분화정도가 높은 클론 ($\Delta$PLC$\beta$-3 C3)의 이용은 카이미라의 생산율 (21.1%)과는 무관하게 카이미리즘 (< 20%)이 낮았고, 수컷 카이미라의 생산 빈도 (7/15, 46%)도 낮아지는 것으로 나타났다. 그러나 형태적으로 안정된 3개의 클론 ($\Delta$Prx II C3, C10 및 15)은 80% 이상의 높은 카이미리즘을 지닌 마우스 (9/13, 69.2%)를 생산하였고, 수컷 카이미라의 생산율 (l1/13, 84.6%)도 증대된 것으로 나타났다. 따라서 80% 이상의 정상핵형을 지닌 배아주 세포를 형태적으로 안정하게 유지하는 것이 카이미리즘이 높은 마우스를 생산하는데 결정적 요인으로 작용할 수 있는 것으로 확인되었다. 미세주입용 배반포를 효율적으로 생산하기 위해 5~10주령 사이의 C57BL/6J 암컷마우스를 교배 한 결과, 10주령 마우스가 미세주입가능한 3.5일령 배반포를 가장 많이 생산 (2.94개/마리)하였다. 또한 미세주입된 배반포를 이식하기 위해 ICR 및 ICR$\times$C57BL/6J F1 (IBF1)위임신 대리모를 사용하였을 때, IBF1이 복당 산자수 (2.8 vs. 5.6)가 많았고 카이미라 생산율 (0 vs. 35.3%)도 매우 높았다. 따라서 공여마우스의 주령 및 대리모의 선택이 카이미라 생산효율 향상에 중요한 요인으로 부각되었다. 결과적으로 핵형이 안정된 ES 세포를 동정하는 것은 물론 클로닝 과정중에 형태적으로 분화가 없도록 ES세포를 배양하는 것이 카이미리즘이 높은 마우스를 생산하고 아울러 생식선 이행 빈도를 증가시키는데 결정적인 역할을 하는 것으로 확인되었다.
본 연구는 TT2 embryonic stem(ES) cell을 이용하여 chimeric mouse를 생산하는데 있어서 더욱 간편한 공배양방법 개발하기 위하여 수행되었다. 유전자 적중 생쥐의 개발은 유전자의 기능을 연구하는데 매우 중요한 수단으로 이용되고 있다. 이러한 생쥐의 개발에 있어서 chimeric mouse를 생산하는 과정은 ES cell의 종류의 차이는 있지만 주로 배반포기의 수정란에 ES cell을 주입하고 있다. 이 기술은 고가의 미세조작장치 뿐만 아니라 고도의 기술을 요하고 있다. 그러므로 본 연구에서는 TT2 ES cell를 8세포기 수정란과 공배양할 때의 필요로 하는 적절한 ES cell의 수를 검증함으로써 chimeric mouse의 생산 효율을 높일 수 있었다. 각각 0.5$\times$$10^{6}$, 1$\times$$10^{6}$과 2$\times$$10^{6}$$m\ell$의 ES cell을 8 세포기의 수정란과 공배양하였을때 0.5$\times$$10^{6}$과 1$\times$$10^{6}$$m\ell$에서 높은 배반포기로의 발달율을 나타내었다. 또한 가임신된 생쥐에 이들 배반포기를 이식한 결과 1$\times$$10^{6}$$m\ell$에서 높은 chimeric mouse 생산 효율을 나타내었다. 이러한 결과는 적절한 수의 ES cell과 수정란을 공배양함으로써 매우 간단하게 효율 좋은 chimeric mouse을 얻을 수 있음을 제시하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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