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포유류의 후각은 먹이와 서식지의 냄새를 탐색하고, 사회적 상호작용과 번식 행동 등의 조절과 밀접한 관련이 있는 화학물질을 감지하는 역할을 한다. 후각 신호의 전달은 비강 상단의 후각 점막에서 시작되는 주후각계와 비중격 기저부에 존재하는 서골코기관(일명 야콥슨기관)에 의해 시작되는 주요 부후각계를 통해 이루어진다. 각 계통의 형태학적 및 세포학적 특징은 동물종에 따라 다양하다고 알려져 있지만, 소의 ...

포유류의 후각은 먹이와 서식지의 냄새를 탐색하고, 사회적 상호작용과 번식 행동 등의 조절과 밀접한 관련이 있는 화학물질을 감지하는 역할을 한다. 후각 신호의 전달은 비강 상단의 후각 점막에서 시작되는 주후각계와 비중격 기저부에 존재하는 서골코기관(일명 야콥슨기관)에 의해 시작되는 주요 부후각계를 통해 이루어진다. 각 계통의 형태학적 및 세포학적 특징은 동물종에 따라 다양하다고 알려져 있지만, 소의 후각계에 대한 특징에 대한 보고는 매우 미비한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 한우 후각계의 조직학적 특징과 렉틴 결합 세포 특이성을 구명하고, 신생 송아지와 성우에서 이 특징들을 비교하여 성숙도에 따른 조직 내의 특성 변화를 조사하였다. 조직학적 검사 결과, 소의 후각 점막 및 서골코기관의 상피층은 잘 발달된 세포층을 형성하고 있었으며, 신생 개체보다 성우에서 더욱 균일한 세포 배열과 두꺼운 층을 지님을 알 수 있었다. 또한, 후각 점막의 보우만샘과 서골코기관의 샘은 중성 혹은 약산성의 당결합체와 반응하는 periodic acid Schiff (PAS)와 황산염 에스테르기 및 카르복실기를 지닌 당결합체에 반응하는 alcian blue (pH 2.5)에 모두 양성 반응을 나타냈다. 면역조직화학염색을 통해 신생 송아지와 성우 모두 후각 점막과 서골코기관의 후각신경세포에서 olfactory marker protein (OMP)과 protein gene product9.5 (PGP9.5)가 중등도 내지 고도로 발현되는 것을 확인할 수 있었다. OMP와 PGP9.5의 발현은 신생 송아지와 성우에서의 발현 차이가 서골코기관보다 후각 점막에서 더욱 뚜렷하게 관찰되었다. OMP와 PGP9.5의 발현 정도로 감각상피 내에 분포하고 있는 뉴런의 성숙도를 평가하기에는 한계가 있지만 본 결과는 신생 송아지보다 성우에서 상피 내 뉴런의 분포 범위가 상대적으로 넓다는 것을 시사한다. 추가적으로, 후각조직 내의 탄수화물 결합 및 당접합체의 특성을 조사하기 위해 21종의 렉틴을 이용하여 조직화학염색을 실시하였다. 그 결과, 발현 정도의 차이는 있지만 서골코기관의 상피층은 자유연과 수용체세포에서 21종의 렉틴이 모두 양성 반응을 보였고, 후각점막의 상피층에서는 BSL-Ⅱ와 Jacalin을 제외하고 나머지 19종의 렉틴이 양성 반응을 나타냈다. 이는 화학신호를 일으키는 공기 중 분자의 수용에 밀접한 관련이 있는 자유연과 수용체세포에 렉틴과 결합하는 탄수화물기가 풍부하게 분포하고 있음을 의미하며, 이러한 렉틴의 발현 정도와 분포는 대체적으로 신생송아지보다 성우에서 더욱 강하고 넓게 관찰되었다. 특히, 21종의 렉틴 중 연령에 따른 성숙도 및 구조적인 발달과 관련성이 있다고 알려져 있는 VVA와 PNA의 경우에도 신생송아지보다 성우에서 발현이 더욱 강하게 관찰된 점으로 미루어 보아, 본 연구 결과를 통해 상기 2종의 렉틴이 성숙성과 관련된 지표로 사용될 수 있는 가능성을 확인하였다. 또한, 고유판에 분포하고 있는 샘조직의 샘방세포와 샘조직이 상피층으로 이어지며 상피층 내에 형성된 도관의 도관세포를 비교한 결과 신생송아지와 성우 모두에서 상당수의 렉틴들이 도관세포에 비하여 샘방세포에서 렉틴의 발현이 강하게 관찰되었으며, 이를 통해 샘조직 내에 분포하고 있는 화학신호전달 관련 탄수화물기의 이동 경로에 대한 정보를 얻을 수 있었다.
본 연구 결과는 이전에 보고되지 않았던 소의 후각계에서 후각신경과 관련된 여러 단백질의 분포와 렉틴 결합 특이성을 연령에 따라 나누어 조사하였으며, 이러한 연구 결과를 통해 소의 후각신경계통에서 후각 화학 수용의 새로운 정보를 제시할 수 있었다. 본 연구 결과에서 관찰된 신생송아지와 성우에서의 차이는 성우의 후각 시스템이 사회-성적 의사소통에 중요한 페로몬 신호를 감지하고 대응하는 측면에서 신생송아지보다 더 넓은 범위의 기능을 발휘함을 의미할 수 있다. 이러한 연구 결과들을 기초로 하여 렉틴 결합 당접합체와 여러 신경학적 단백질들이 후각 감각의 처리과정과 후각 관련 행동학적 반응에 어떠한 역할을 하는지에 대해 입증하기 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Olfaction is critical for mammals because it allows them to explore their external environment for odorous cues from food sources and habitats, as well as detect chemical substances that regulate social interaction and reproductive behavior. This sense is mediated by two chemosensory systems: the ma...

Olfaction is critical for mammals because it allows them to explore their external environment for odorous cues from food sources and habitats, as well as detect chemical substances that regulate social interaction and reproductive behavior. This sense is mediated by two chemosensory systems: the main olfactory system and the vomeronasal system. These two systems comprise different organs located in the nasal cavity: the olfactory mucosa (OM), at the top of the nasal cavity, and the vomeronasal organ (VNO), at the base of the nasal septum or in the roof of the mouth. Despite the fact that cattle are one of the best species for biochemical investigations on olfaction, there is little published information on the immunohistochemical and lectin histochemical properties of the olfactory systems in bovines. In this study, therefore, I aimed to establish the histological features and lectin histochemistry of the olfactory systems in Korean native cattle (Hanwoo, Bos taurus coreanae) and then found the traits associated with maturity by comparing neonatal claves to adult cattle. Histologically, the cattle possessed a well-developed olfactory system, and in adulthood, the cattle olfactory systems had a more complete structural shape and a bigger thickness than in neonates. Additionally, the glandular structures in cattle olfactory systems were positive for both PAS and Alcian blue (pH 2.5) with varying degrees of intensity in neonates and adults. According to the results of Immunohistochemistry, it was revealed that olfactory marker protein (OMP) and protein gene product9.5 (PGP9.5) were moderately to highly expressed in neonatal and adult OM and VSE of VNO. In addition, immunoreactivity for GNAO1 and GNAI2 (markers for Gαo and Gαi2, respectively) in the olfactory receptor neurons were investigated in the olfactory epithelium at both ages. The properties of the glycoconjugates in the olfactory systems were investigated using 21 lectins, the lectin histochemistry results of OM and VNO indicated that a variety of glycoconjugates, including N-acetylglucosamine, mannose, galactose, N-acetylgalactosamine, complex type N-glycan, and fucose groups, were expressed in the various cell types in the olfactory systems of neonates and adults at varying levels. Therefore, this study is the first descriptive morphological assessment of the olfactory systems of Korean native cattle with an emphasis on immunohistochemistry and lectin histochemistry, indicating that the neurosensory markers and glycoconjugates may play a role in olfactory chemoreception, and that their labeling properties may be closely related to olfactory system development and maturity.

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