텔로미어(telomere)는 염색체 양 말단에 위치하는 DNA와 단백질의 복합체로서 (TTAGGG)n의 단순 반복 염기 서열로 이루어져 있다. 그러나 일부 조류 및 척추동물의 경우 염색체의 양 말단 부위외 간질적 위치에도 telomeric DNA sequence가 분포한다. 본 연구는 닭 염색체에 있어 telomeric DNA의 분포 양상을 제시하고자 한국 재래닭의 초기 배아로부터 염색체 표본을 제작하고, telomeric DNA probe를 이용한 FISH를 수행하여 염색체 상 텔로미어의 분포 양상을 분석하였다. 분석 결과, 닭의 모든 염색체 양 말단부에 텔로미어가 분포하는 것으로 나타났으며, 더불어 대형 염색체 중 1번의 1q32, 1p11, 1p23 위치와 2번 염색체의 2q24 및 3번 염색체 3q32에 interstitial telomeric signal(ITS)이 존재하는 것이 확인되었다. 이러한 한국 재래닭 염색체의 텔로미어 분포 양상은 이전 Gallus domesticus에서 발표한 분포 양상과 거의 일치한 것으로 나타났다. 한국 재래닭의 각 염색체별 텔로미어 함유율은 4.6~16.3% 정도로 분석되었으며, 거의 대부분의 염색체에서 단완 말단부의 telomeric DNA의 함량이 장완 말단부보다 높은 것으로 나타났다. 닭 염색체에서 ITS의 존재와 분포 양상은 핵형학적으로 진화 과정 중 염색체 간의 융합에 의해 신생 염색체가 형성되었을 가능성을 시사한다.
목 적: 소 수정란의 telomeric DNA 함량 및 텔로머레이스 활성도 (telomerase activity)를 분석하여 초기 배아형성과정에서 텔로미어의 변화 양상을 규명하고자 하였다. 연구방법: 소의 초기 배 발생단계별 체외수정란을 대상으로 양적형광보인법 (Q-FISH)을 이용한 telomeric DNA의 함량 분석과 Telomeric Repeat Amplification Protocol (TRAP)로서 텔로머레이스 활성도를 분석하였다. 결 과: 소의 초기 수정란의 telomeric DNA 함유율은 발생과정이 진행됨에 따라 유의적인 양적 증가를 나타내었다. 배반포배의 질 (quality)에 따른 텔로미어의 함량 차이는 나타나지 않았다. 소 수정란의 8 세포기, 상실배기 및 배반포기의 모든 초기 배 단계에서 텔로머레이스 활성도를 보였으며, 상실배에서 증가하여 배반포배에서 가장 강한 활성도를 나타내었다. 결 론: 소의 초기 배아형성과정이 진행되면서 텔로미어의 함량 및 텔로머레이스 활성도는 점진적으로 증가하고 이들 간에는 정 (positive)의 상관관계를 가진다. Telomeric DNA 함량의 증가를 유지하기 위하여 텔로머레이스의 활성화는 필수적인 것으로 보여진다. 배반포기 배아에서 높은 텔로미어 함량과 강한 텔로머레이스 활성도는 이 시기가 배발생 및 분화과정 중 가장 세포적 활성도가 높은 시점임을 의미하는 것으로 사료된다.
텔로미어란 진핵세포의 염색체 양 말단에 있는 DNA-단백질 복합체로서, 특정단백질과 TTAGGG의 반복염기서열로 구성되어있다. 이들의 기능은 핵 내 염색체의 안정성에 본질적으로 작용함으로 세포의 노화와 직접적 관련이 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 소의 간기상태의 백혈구 세포를 대상으로 연령별, 품종별, 성별간 telomeric DNA 함량을 분석하여 이러한 요인들이 텔로미어 함량에 미치는 영향을 살펴보고 또한, 텔로미어 함량을 이용한 개체의 연령예측 가능성을 제시하고자 하였다. 소의 텔로미어의 함량 분석은 1개월령에서 166개월령의 한우 및 홀스타인종 460두를 대상으로 telomeric DNA probe를 이용한 Q-FISH 방법으로 분석하였다. 분석 결과 소에 있어서 연령이 증가함에 따라 telomeric DNA 함유율이 일관되게 점진적으로 감소되는 양상을 보였다. 소의 품종간 telomeric DNA 함유율을 비교한 결과 한우의 telomeric DNA 함량이 홀스타인종에 비해 유의적으로 높게 나타났으며, 성별 간에도 수컷이 암컷에 비해 유의적으로 높은 telomeric DNA 함유율을 나타내어 품종별, 성별 모두 텔로미어 함유율의 유의적인 차이가 있음 확인 할 수 있었다(P<0.01). 따라서 요인별 유의적 차이가 있음으로 한우 암컷 및 홀스타인 암컷에 대한 각기 연령예측 회귀함수를 추정하였다. Telomeric DNA 함량을 독립변수(X)로 하고, 연(월)령을 종속변수(Y)로 설정하여 2차회귀식을 도출한 바 한우 암컷의 경우 $\hat{Y}$=$38.102X^2$-220.103X+318.309(P<0.0001, $R^2$=0.8019)이고, 홀스타인 암컷은 $\hat{Y}$=$42.799X^2$-199.682X+242.106(P<0.0001, $R^2$=0.8379)으로 분석되었다. 이상의 두 회귀식 모두 유의한 함수로 결정계수($R^2$) 또한 0.8 이상의 높은 상관 값을 보임에 따라 본 회귀식으로 소의 연령 예측이 가능함을 제시하고자 한다.
Telomere란 진핵세포에 존재하는 DNA-protein 복합체로서 염색체의 말단부에 tandem repeated DNA 서열 (TTAGGG)과 특정 단백질로 구성되어 있으며 세포 분열이 진행함에 따라 이의 길이가 짧아지게 되고 일정 길이 이하가 되면 세포의 사망이 유발된다. 반면 telomerase는 ribonucleoprotein으로서 telomeric DNA의 합성에 관여하는 것으로 염색체의 말단에 telomeric DNA의 소실을 보충하는 역할로 알려져 있다. 최근 암, 노화 등과 관련하여 telomere 및 telomerase의 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 다양한 세포들에 있어 이들의 존재와 역할에 대해서도 많은 연구들이 수행되고 있다. 포유동물의 초기 배자에 있어 telomere의 분포 양상과 telomerase의 activity의 분석은 배 발생의 기작과 배자의 세포적 특성을 구명하는데 매우 중요한 과제라 사료된다. 따라서 본 연구에서는 마우스의 초기 배 발생 단계별 수정란의 telomeric DNA의 분포 양상과 각 단계별 배자들의 telomerase activity를 제시하고자 하였다. 시험에 공시된 마우스는 4-6주령된 ICR계통으로 이들을 과배란 처리 후 자연 교배시켜 얻은 2-, 4-, 8-세포기배, 상실배 및 배반포배를 대상으로 하였다. Telomeric DNA의 양적 분석은 각 발생단계별 수정란의 표본을 제작하고 human telomere repeat probe를 이용하여 FISH (fluorescence in situ hybridization)를 시행하였으며, 분리된 할구들을 형광현미경으로 관찰 후 상을 포착하고 image analyser program (MataMorph, UIC, USA)을 이용하여 한 개의 세포내 telomere의 상대적 함량을 분석하였다. 발생 단계별 배자의 telomerase activity의 분석은 TRAP (telomeric repeat amplofication protocol) assay로 분석한 바 각 발생 단계별 30개의 수정란으로부터 핵 단백질을 추출하여 telomerase를 신장시키고 PCR을 시행한 후 15% PAGE gel loading하여 이의 activity를 확인하였다. 분석 결과, telomeric DNA의 함유율은 발생단계별 다소의 차이를 나타내었으며 telomerase activity는 모든 발생단계의 수정란에서 확인할 수 있었고, 특히 상실배부터 높게 나타남을 확인하였다.
The integrity and proper functioning of telomeres require association of telomeric DNA sequences with specific binding proteins. We have characterized PLP-1, a $PUR{\alpha}$ homolog encoded by F45E4.2, which we previously identified as a candidate double stranded telomere binding protein, by affinity chromatography followed by mass spectrometry. PLP-1 bound double-stranded telomeric DNA in vitro as shown by competition assays. Core binding was provided by the third and fourth nucleotides of the TTAGGC telomeric repeat. This is quite different from the binding sequence of CEH-37, another C. elegans telomere binding protein, suggesting that multiple proteins may bind nematode telomeric DNA simultaneously in vivo.
텔로미어란 염색체 말단부에 TTAGGG의 반복 염기서열과 특정 단백질로 구성되어 있는 것으로 핵 내 염색체의 안정성에 작용을 하며 세포의 노화, 사멸 및 암의 발생과 관련이 있다. 텔로머레이스는 텔로미어의 길이를 일정하게 유지하기 위한 직접적 효소로서 telomeric DNA 합성에 관여하는 ribonucleoprotein이다. 본 연구에서는 한우와 Holstein종 136두를 대상으로 백혈구 세포를 이용하여 연령 별, 품종 별, 성 별 텔로미어 함량을 분석하였다. 또한 동일 연령에서 혈액, 간, 뇌, 심장, 신장 및 생식선 조직들의 텔로미어 함량과 텔로머레이스 활성도도 비교 분석하였다. Telomeric DNA의 양적분석은 양적형광접합보인법(Q-FISH)을 이용하였고, 텔로머레이스 활성도의 분석은 TRAP방법을 이용하였다. 분석 결과, 소의 백혈구 세포들에 있어 개체의 연령이 증가함에 따라 텔로미어의 함유율이 점진적이며 유의적으로 감소되는 양상을 보였고, 한우가 Holstein에 비해 텔로미어 함유율이 높게 나타나 품종 간 유의적 차이가 있었으며, 성 간에도 수컷이 암컷에 비해 유의적으로 높은 텔로미어 함유율을 나타내었다. 반면 동일 연령의 간, 심장, 신장, 폐, 혈액 세포내 텔로미어의 함유율은 차이가 없는 것으로 나타났다. 텔로머레이스 활성도는 태아의 모든 조직에서 비교적 강한 활성을 보였지만, 성 성숙이 된 18개월령에서는 생식선 조직을 제외한 나머지 조직에서 텔로머레이스 활성도는 현저하게 떨어져 조직별 세포의 증식성 특이성과 텔로머레이스 활성도간에는 밀접한 연관성이 있는 것으로 나타났다. 이상의 결과로서 세포내 텔로미어 양적 분포 양상 및 텔로머레이스 활성도를 이용하여 개체의 연령 지표 또는 생리적 표지의 개발 가능성을 제시하고 자 한다.
Nucleic scids transfer the genetic information for serving a central biological purpose. The nucleic acids are polymers of nucleotides and they are mainly ribonucleic acid(RNA) and deoxyribonucleic acid(DNA). The nucleotides are stoichiometrically composed of five-carbon sugars, nitrogeneous bases, and phosphoric acids. The chemistry of nucleic acids and characteristics of different genomes are decribed for further study. Most of DNA genomes tend to be circular including bacterial genomes and eukaryotic mitochondrial DNA. Eukaryotic chromosomes in cells, in contrast, are generally linear. The ends of linear chromosomes are called telomeres. The genomes of different species, such as mammals, plants, invertebrates can be compared with the chromosome ends. The telomeric complex allows cells to distinguish the random DNA breaks and natural chromosomal ends. The very ends of chromosomes cannot be replicated by any ordinary mechanisms. The shortening of telomeric DNA templates in semiconservative replication is occurred with each cell division. The short telomere length is critically related to aging, tumors and dieases.
연구에서는 돼지의 세포 분화 및 활성적 특이성과 개체의 성장, 노화의 생물학적 특성을 구명하고자 국내 대표적인 종돈을 대상으로 telomeric DNA probe를 이용한 양적형광접합보인법(Q-FISH)으로서 백혈구 세포의 연령 별, 품종 별, 성 별 텔로미어 함량을 분석 고찰하고, 텔로미어 함유율과 개체 별 각 생산 능력과의 연관성을 검토하고자 하였다. 본 연구에 공시된 품종은 대한양돈협회 제2종돈능력검정소에서 검정 사육된 Yorkshire, Landrace, Duroc 및 Berkshire종 암수 100두 이상으로서 분석 결과, 돼지의 연령이 증가함에 따라 유의한 텔로미어 함유율의 감소를 나타내었고, 품종 간에 있어서도 유색 종이 백색 종에 비해 유의적으로 높은 텔로미어 함유율을 보였으며, 성 간에도 수컷이 암컷에 비해 높은 텔로미어 함유율을 나타내었다. 한편 각 개체 별 능력검정 성적과 텔로미어 함유율 간의 상관관계를 분석한 바 일당 증체량, 정육율 및 선발지수와는 정(+)의 상관을 보이고, 체장, 사료 요구율 및 등지방 두께와는 부(-)의 상관을 보여 선발 지표로서 매우 바람직한 양상을 보이나 이들 간의 상관계수가 낮고 또한 모든 계수가 유의성이 없는 것으로 분석되어 각 경제형질과 개체의 텔로미어 함유율 간에 큰 연관성이 없는 것으로 나타났다. 이상의 결과들을 종합하여 볼 때 텔로미어 함유율이 돼지의 생리 표지로서 활용은 가능하나 생산능력의 표지로서 이용하기에는 다소 어려움이 있는 것으로 사료된다.
Telomere는 진핵세포염색체 말단부에 TTAGGG 반복 염기서열을 가지는 DNA-protein 복합체로 세포 분열시마다 짧아지며, 발생 및 노화와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 닭에 있어 telomere의 양적 분포양상을 구명함으로써 이를 이용한 개체의 생명표지 (bio-marker)의 가능성을 탐색코자 하였다. 본 분석에 이용된 계종으로는 한국재래계와 단관 백색화이트 레그혼종을 대상으로 하였고, 주령간, 품종간 및 성간 백혈구내 telomere 함량을 비교 분석하였으며, 또한 분석개체들의 생산능력과 이들의 telomere 함유율 간의 상관관계를 조사하였다. Telomere의 양적 분석은 chicken telomeric DNA probe를 이용한 양적 형광접합보인법(Quantitative fluorescence in situ hybridization : Q-FISH)을 이용하였다. Telomere 양적 분석결과. 주령이 증가함에 따라 telomere 함량이 유의적으로 감소됨을 확인하였고, 품종간 및 성간에도 유의적인 차이가 나타났다. 또한 생산능력과 각 개체의 telomere 함량간의 상관분석에 있어 성성숙 일령 및 체중과는 정(+)의 상관을, 산란수 및 난중과는 약한 부(-)의 상관관계를 나타내었다. 이러한 결과는 telomere 함유율이 닭의 생명표지 및 생산능력의 표지로서의 개발 가능성을 시사한다 하겠다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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