Oh, H. J.;Lee, E. J.;B. C. Yang;W. K. Chang;Kim, J. S.;J. K. Lim;Y. K. Yeo;M. A. Della-Fera;Park, Y. S.
한국가축번식학회지
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제26권2호
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pp.165-171
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2002
난포액에는 난자의 성숙을 억제하는 인자를 함유하고 있으나 화학적 성질이 정확히 알려져 있지않다. 본 연구에서는 1차 난모세포에서 난구세포의 해리와 제1극체의 형성을 억제하는 난포액 성분을 화학적으로 동정하기 위하여 수행되었다 이를 위하여 돼지 난포액을 methanol로 추출한 다음이 추출물을 Superose 12 및 Superdex column을 이용 연속적으로 분리하였으며, Superdex 분절은 PITC로 처리한 다음 아미노산 분석용 column을 이용 분석하였다. 얻어진 결과는 다음과 같다. 난포액은 1차 난모세포에서 난구세포의 해리와 제1극체의 형성을 억제하였다 난포액에서 추출 분리한 Superdex분절 RV2.11 역시 난구세포의 해리와 제1극체의 형성을 억제하였다. 아미노산 분석 결과, 분절 RV2.11은 proline으로 추정되며, proline은 난구세포의 해리와 제1극체의 형성을 억제하였다. 결론적으로 난포액에는 난구세포의 해리와 제1극체의 형성을 억제하는 성분인 proline을 함유하고 있으며, 이는 난자의 성숙을 억제하는 성분일 것으로 추정된다.
난포액은 난자의 성숙을 억제하는 성분을 함유하고 있으나, 억제성분의 화학적 성질은 연구자에 따라 다르게 보고되고 있다. 따라서 본 연구는 난자의 성축과 관련하여 제l극체의 형성을 억제하는 단백성 성분을 화학적으로 규명하기 위하여 실시하였다. 난포액 함유 난자성숙 억제 인자를 분리하기 위하여 난포액을 methanol로 추출한 다음 Superose 12 및 Superdex column 을 이 용하여 gel filtration 을 실시하였다. 회수한 Superdex 분절을 PITC로 처리한 다음, Amino Acid Analysis column을 이용, 억제 인자를 동정하였다. (중략)
U. unicinctus 난세포를 인공수정한 결과 수정 시기는 germinal vesicle (2n)기였으며 정자 중앙부에서 돌출한 actomere와 난모세포의 미세융모 끝에서 세포막 융합이 시작되는 것으로 관찰되었다. Germinal vesicle기에 수정이 가능하였으므로 pre-mitotic spindle이 관찰되지 않은 것으로 사료되었다. 수정 후 난모세포는 제1, 2감수분열을 수행하였으며 각각의 감수분열 장치들은 감수분열 말기에 난모세포막과 밀접한 구조를 형성하였고, 이 부위에서 극체가 형성되는 것을 볼 수 있었다. 극체 형성시 난모세포막은 세포분열의 관점에서 형태가 없는 것이 아니라 항-튜블린-FITC에 대한 활성구조를 형성하였으며, 각 감수분열 장치의 한쪽 극 (pole)과 어떤 복합구조를 형성하는 것으로 보인다. 제2극체 형성도 제1극체와 유사한 방법으로 형성되었으나, 제2감수분열 장치는 난모세포막의 접선에 평행하게 생성된 후 세포막을 향해 이동하면서 방추사의 양극성이 회전 (shift-rotation)하였고 접선에 수직으로 정렬하는 것을 볼 수 있었다. 난모세포의 감수분열 장치에서 방추사의 활성은 강하였으나 aster의 활성은 비교적 약한 것으로 보였다. 제2감수분열이 진행되는 동안 난모세포질에 머믈고 있던 정자는 점차 미래의 자성 전핵 형성부인 난모세포막 근접부로 이동하는 것이 관찰되었다. 난모세포막 근접부로 이동하는 동안 정자 aster의 활성은 점차 강해지는 반면 난모세포의 aster에서는 활성이 미약한 것으로 보아서 자웅 전핵융합을 주도하는 것은 정자 유래의 aster인 것으로 사료되었다. 제1난모세포의 감수분열 장치가 활성화되는 시기에 제1극체의 방추사에서도 강한 활성을 관찰할 수 있었다.
완전양식이 가능한 참전복에 대해 3배체를 유도하고 유도된 3배체와 정상 2배체 사이의 성장도, 사료효율 및 생존율을 조사, 비교하였다. 성장도는 3배체 유도 51개월 후 3배체 전복이 평균 각장 67.26 mm, 2배체 전복이 62.30 mm로 성장하여 3배체 전복의 성장이 유의하게 빨랐다 (P<0.05). 제1극체 방출 억제형 3배체와 제2극체 방출 억제형 3배체의 성장도 조사 결과, 제1극체 방출 억제형 3배체는 전 사육 기간을 통하여 2배체와 제2극체 방출 억제형 3배체보다 성장이 유의하게 빨랐으며(P<0.05), 이것은 제1극체 방출 억제형 3배체의 이형접합성이 크기 때문으로 생각된다. 일간 섭식률은 배수체에 따른 유의한 차가 없었으며 성장 단계별로 치패의 시기에는 높았고 성장할수록 낮아지는 경향이었다. 사료전환효율도 배수체에 따른 유의한 차는 없었으나 성장함에 따라 낮은 값을 나타내 먹이 효율이 낮아지는 경향이었다. Condition index는 2배체는 59.42%였는데 비해 3배체는 64.21%로 3배체가 유의적으로 높았고(P<0.05), 생식소 지수는 2배체가 2.67인데 비해 3배체는 1.17로 유의적으로 낮았다(P<0.05). 생존율은 3배체가 63.0% (3n-1pb 62.0%, 3n-2pb 64.0%), 2배체가 62.0%로서 차이가 없었다.
본 연구에서 돼지 난포란에서 채취된 난모세포들을 체외 성숙 후 세포 손상이 없이 성숙 난모세포의 발생능을 알아낼 수 있는 마커로 극체의 방출이 효과적으로 활용될 수 있는지를 알아보았다. 난모세포를 48시간 성숙 배양 후 극체의 방출 유무를 검사하고, 핵염색하여 염색체의 형태를 검사하였다. 확인된 난모세포들을 $16{\sim}18$시간 추가 배양한 후 7% ethanol로 활성화시키고 $5{\mu}g/ml$ cytochalasin B에 5시간 노출 후 NCSU23 배양액으로 7일간 배양하였다. 극체 방출율은 반복에 따라 $9.9{\sim}52.4%$, 퇴행율은 $21.4{\sim}61.8%$로 변이가 크게 나타났다(p<0.01). 극체를 방출한 난모세포의 핵상은 모두 극체와 19개의 염색체를 가진 제 2 감수분열 중기 핵상을 보여주었으며, 극체를 방출하지 못한 난모세포의 핵상은 핵이 팽화된 상태인 핵형이 39.1%, PCC 형태의 핵상이 19.6%, MI 형태의 핵상이 10.9%, MII이지만 극체가 관찰되지 않거나 매우 작은 상태인 경우가 13%, 핵이 응축된 형태인 경우가 6.5%, 핵이 없는 경우가 8.7%로 나타났다. 퇴행란으로 판단한 난모세포들은 핵염색을 한 결과 역시 세포질 상태가 정상적이지 못한 염색 상태를 보여주었다. 극체 방출 유무를 확인하지 않고 활성화 처리 후 배양하였을 때 분할율은 45.0%, 배반포기까지 발달율은 11.3%였으나, 극체 방출란만을 모아서 활성화처리를 하였을 때 분할율은 94.2%, 배반포기까지 발달율은 42.5%로 급격하게 향상되었다. 이상의 결과로 퇴행란과 극체 미방출란을 제거하고 실험에 활용한다면 배양 효과를 확인하거나 배아 생명 공학에 활용할 때 좀더 유리 할 것으로 사료된다.
PKC는 그들의 cofactor-requirments에 따라 cPKC, nPKC 그리고 aPKC, 3그룹으로 나어진다. 마우스 난 성숙과정에 있어서 cPKC 및 nPKC의 activators인 PMA의 영향에 대한 많은 결과가 보고되었다. 그러나 각각의 그룹에 대한 차별화된 영향에 대하여는 밝혀져 있지 않다. Mezerein의 analog인 thymeleatoxin은 cPKC의 특이적인 activator로 보고되어져 있다. 본 연구에서는 specific cPKC activator인 thymeleatoxin의 마우스 난 성숙과정에의 영향을 제1감수분열 재개 능(germinal vesicle break down, GVBD)과 제1 극체 형성 능(1st polar body extrusion)을 조사하여 cPKC및 nPKC activator인 PMA와 비교 검토하였다. 그 결과 GVBD IC50는 thymeleatoxin에서 ~400nM, PMA에서는 ~50nM이었으며, 제1극체 방출의 IC50는 thymeleatoxin에서 ~200nM, PMA에서는 ~20nM이었다. 이들 결과는 Thymeleatoxin의 GVBD나 1st polar body extrusion 저해효과가 PMA에 비하여 1/8~1/10인 것으로 나타났다. 이들 결과는 GVBD나 제1극체 형성을 포함하는 난 성숙과정에서 cPKC보다 상대적으로 nPKC의 관여가 깊음을 보여 준다.
본 연구에서는 소 체외수정란 생산에 있어서 체외성숙용 배지에 첨가하는 혈청과 호르몬의 효과를 검토하기 위하여 제1극체 출현율과 배발달율을 조사하였고, 생산된 배반포의 품질을 평가하기 위하여 세포수를 검토하였다. 1. 체외성숙용 배지에 혈청 및 성선자극호르몬의 첨가에 따른 한우 난포란의 제1극체 출현율은 비슷한 경향이었다. 배반포까지의 발달율은 혈청 및 성선자극호르몬 공동 첨가군(26.0%)이 대조군과 성선자극호르몬 단독 첨가군보다 유의하게 높았다(P<0.05). 혈청 및 성선자극호르몬 공동 처리군에서 생산된 배반포의 ICM, TE, 총 세포수가 가장 많았으며, ICM 세포는 혈청 첨가로 유의하게 증가하였다(p<0.05). 2. 체외성숙용 배지에 혈청의 첨가시기에 따른 한우 난포란의 제1극체 출현율은 체외성숙 18시간 동안의 처리군과 체외성숙 9시간째부터 첨가한 처리군이 미첨가군보다 높았으며, 체 외 성숙 후 9시간까지의 처리군보다는 유의하게 높았다(p<0.05). 체외성숙용 배지에 혈청의 첨가시기에 따른 한우 난포란의 배발달율은 전군에서 비슷한 수준이었다. 배반포의 TE와 총세포수는 비슷한 경 향이었으나, ICM 세포수는 체외성숙 18시간 동안 처리군이 혈청 미첨가군보다 유의하게 높았다(p<0.05).
본 연구는 토끼난자에 있어서 배란 후 경과시간에 따른 탈핵률을 조사하고 ionomycin과 DMAP을 사용하여 활성화와 아울러 자체 탈핵을 유도하는 방법을 고안하였으며 아울러 이들의 탈핵효율과 핵이식후 체외발달을 확인한 결과는 다음과 같다. 1. hCG 주사후 15∼16 시간에 채란된 토끼난자는 73.4%의 탈핵률을 보였고, 16∼17시간에는 75.8%, 19∼20 시간에는 58.5%의 탈핵률을 보여 토끼난자의 탈핵은 hCG 주사후 17시간 이내에 실시함이 효과적임을 알 수 있었다. 2. 제1극체와 극체주위 염색질을 제거하므로서 핵을 제거하는 기존방법에서는 70.4%의 탈핵률을 보였지만 개선된 방법을 사용할 때 96.8%의 탈핵률 보여 탈핵률이 항상되었다. 3. 개선된 탈핵방법으로 핵이식하였을 때 88.2%의 핵융합률과 33.3%의 배반포 발달률을 보여 기존의 탈핵방법과 대등한 효과가 인정되었으며 활용성이 있음을 확인하였다.
생쥐 미성숙 난자를 재료로 하여 난자 성숙 억제제인 dbcAMP 존재하에서 GVBD 난자와의 융합에 따른 체외성숙 양상을 조사하였다. 기본 배양액 내에서 3시간이 경과하였을 때 GVBD 난자와 융합된 미성숙 난자 뿐만이 아니라 미성숙 난자 뿐만이 아니라 미성숙 난자끼리 융합된 것들도 모두 성숙을 재개하였다. 그러나 dbcAMP가 함유된 배양액 내에서 3시간 경과 하였을 때는, 미성숙 난자끼리 융합된 것들은 모두가 GV상태로 성숙이 억제된 채로 있었고 반면에 GVBD 난자와 융합된 미성숙 난자들은 비록 dbcAMP가 존재하더라도 보두 성숙을 재개하였다. dbcAMP가 함유된 배양액 내에서 20시간이 경과하였을 때 미성숙 난자끼리 융합된 것들은 여전히 성숙이 억제되어 있었으나 GVBD 난자와 융합된 미성숙 난자들은, 기본 배양액 내에서 배양된 융합 난자들과 마찬가지로 다수가 하나 혹은 두개의 극체를 형성하는 제2 감수분열 중기에 진입하였다. 두 개의 극체를 방출한 융합난자들 중에는 하나의 세포질 내에 감수분열 중기방추사가 두 곳에서 형성되는 것이 관찰되었다. 이 실험 결과로 보아 이미 성숙이 재개된 난자내에는 난자 성숙 억제제인 dbcAMP의 억제효과보다 더 영향이 큰 난자 성숙 유도 물질이 있으며, 이 물질이 융합하고 있는 미성숙 난자내로 이전하여 dbcAMP에 의해서 그 성숙이 억제된 미성숙 난자의 성숙을 유도한다는 것을 알 수 있다.
본 연구는 demecolcine 처리에 의한 탈핵과 수핵란 세포질의 세포 주기가 소 체세포 핵이식란의 발육에 미치는 영향을 검토하였다. 체외에서 $16\~20$시간 성숙배양된 난자를 극체 방출 유무 및 MI, MII기 난자로 구분하여 $0.4\;\muL/mL$ demecolcine으로 40분간 처리 후 염색체 부위가 돌출된 난자는 탈핵 후 핵이식에 공시하였다. 소의 귀 피부 세포를 탈핵란에 이식하여 전기융합과 활성화 처리(Ca-ionophore+DMAP)를 거쳐 체외 배양하였다. Demecolcine처리 후 $86.2\%$의 난자가 염색체 부위의 돌출을 보여 이 중 $98.8\%$가 탈핵에 성공하였다. Demecolcine은 핵이식란의 발육에 영향을 주지 않았다. 제1극체 방출란 유래 핵이식란의 배반포 발육율은 극체 미방출란 유래 핵이식란에 비하여 유의적으로 높았다($18.2\%\;vs.\;4.6\%\cdot$, P<0.05). 한편, MI 난자 유래 핵이식란의 분할율 및 배반포 발육율은($69.4\%$와 $5.9\%$) MII 난자 유래 핵이식란에 비하여 유의적으로 낮았다($96.7\%$와 $23.9\%$, P<0.05). 본 연구의 결과는 demecolcine 처리가 소 난자의 탈핵에 매우 효과적이며 MII기 난자가 MI기 난자에 비하여 수핵란 세포질로 더 적절하나 극체 미방출란 및 MI기 난자도 비록 제한적이기는 하지만 핵이식란의 배반포 발육을 지원할 수 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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