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학술

닭 원시생식세포의 핵심 유전자 최초 발견

‘미국실험생물학회연합회’(FASEB) 저널 2020년 1월호에 게재

생존 능력에 관여하는 유전자 찾아 
조류 형질전환 연구에 기여 


농촌진흥청(청장 김경규)은 서울대학교와 공동 연구를 통해 닭 원시생식세포(정자‧난자의 바탕이 되는 세포)의 생존 능력과 안정성을 조절하는 핵심 유전자를 세계 최초로 발견했다고 밝혔다.

닭 원시생식세포를 사용하면 형질전환 닭을 가장 효과적으로 생산할 수 있다. 그동안 원시생식세포의 핵심 유전자 발굴 연구는 생식세포학 등 관련 분야의 중요한 과제였다. 

형질전환 닭은 유용물질 생산, 질병 연구, 멸종위기 조류 복원 등 생명공학분야 연구에 다양하게 활용되고 있다. 

후대를 생산할 수 있는 원시생식세포는 자신의 유전자를 보호하기 위해 체세포와는 다른 독특한 유전자 발현 패턴을 지닌다.

국립축산과학원 연구진은 닭 원시생식세포에서 특이적으로 발현하는 유전자를 확인하고, 이를 ‘Cyclin F like’ 유전자로 명명했다.  

‘Cyclin F like’ 유전자의 발현을 막을 경우, 닭 원시생식세포는 DNA가 심각하게 손상되고 세포가 사멸되는 것이 관찰됐다. 

또한 ‘Cyclin F like’ 유전자의 발현은 전능성 전사인자의 일종인 NANOG 1에 의해 강력하게 조절됐다. 

이번 연구 성과를 활용하면 유전자 마커를 통해 닭 원시생식세포 유래 생식세포주의 품질을 확인할 수 있다.

품질이 확인된 생식세포주는 닭 형질전환 연구의 효율을 높일 수 있으며, 더불어 생식세포 매개 고효율 유전자원보존 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

생식세포주는 체외에서 생식 능력을 유지하며, 안정적인 계대배양2이 가능한 상태의 세포다.

농촌진흥청 국립축산과학원 박응우 동물바이오공학과장은 “닭 원시생식세포의 유전적 안정성과 생존 능력 조절에 관한 분자적 기작이 처음으로 확인됐다”라며, “이를 활용해 조류 형질전환과 생명공학 분야의 산업적 응용이 더욱 활발해 질 것으로 보인다"라고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적인 권위를 자랑하는 ‘미국실험생물학회연합회’(FASEB) 저널 2020년 1월호에 게재됐다. 



【참고자료】

 닭 원시생식세포의 핵심 유전자 발견 및 기능 분석 

1. 닭 원시생식세포 유전체 안정성 조절 관련 핵심 전사체 발현 분석 
 

* gPGC : 원시생식기에 존재하는 원시생식세포, GSC : 원시생식기에서 생식세포 이외의 기저세포

역전사 중합효소 연쇄반응 실험을 통해 닭의 여러 조직(뇌, 심장, 간 등) 중 원시생식기3와 원시생식세포4에서 ‘Cyclin F like’ 유전자 발현을 확인  


In situ 부합법을 통해 생식세포 특이적 발현을 지니는 DAZL 유전자와 비교했을 때 ‘Cyclin F like’ 유전자도 생식세포 특이적 발현이 나타남


2. 닭 원시생식세포 생존능 및 유전체 안정성 조절 관련 전사체의 기능 분석 

  ○ 닭 원시생식세포에서 ‘Cyclin F like’의 발현 저해 짧은 간섭 RNA(siRNA) 이용해 특정 단밸질의 생산 억제 및 유전자의 발현 저해후 세포 사멸도 측정


* siRNA : 특정 단백질의 생산 억제 및 유전자의 발현을 저해하는 짧은 이중가닥 RNA 
* TMR-Red : 사멸된 세포를 정량하기 위한 형광 표지 지표
    - TMR-Red에서 붉은 색 점은 사멸된 세포를 의미함 
    - ‘Cyclin F like’의 발현을 저해하면 사멸된 세포가 늘어남

  ○ 닭 원시생식세포에서 ‘Cyclin F like’의 발현 저해 후 DNA 손상도 측정  
* siRNA: 특정 단백질의 생산 억제 및 유전자의 발현을 저해하는 짧은 이중가닥 RNA 


* γ-H2A.X: DNA 손상도 측정을 위한 단백질 지표
    - γ-H2A.X에서 연두색 색 점은 DNA 손상도를 의미함
    - ‘Cyclin F like’의 발현을 저해하면 DNA 손상이 많아짐


3. 전능성 전사인자(NANOG)에 의한 ‘Cyclin F like’의 유전자 발현 조절 




- 닭의 14 염색체에 존재하는 ‘Cyclin F like’의 상위 프로모터 6kb 염기서열 분석 결과, 전능성 전사인자(NANOG)의 잠재적 결합 위치 확인 


[참조]
1. 원시생식세포의 자가 복제 및 미분화 상태를 유지하는 핵심 유전자 
2. 원래 배양물에서 일부 세포를 새로운 배양 배지로 옮겨서 만들어진 새로운 세포를 배양하는 것을 말함.
3. 발달하는 배아의 생식기관
4. 발달하는 배아의 원시생식기에 존재하는 기저세포 이외의 생식세포 
5. 짧은 간섭 RNA(siRNA) 이용해 특정 단밸질의 생산 억제 및 유전자의 발현 저해  


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