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Tetracycline-Inducible Expression System을 이용한 Human Thrombopoietin (hTPO) 형질전환 닭의 생산
Production of hTPO Transgenic Chickens using Tetracycline-Inducible Expression System 원문보기

한국가금학회지 = Korean journal of poultry science, v.36 no.2, 2009년, pp.177 - 186  

권모선 (대구가톨릭대학교 의과대학 생리학교실) ,  구본철 (대구가톨릭대학교 의과대학 생리학교실) ,  김도향 (대구가톨릭대학교 의과대학 생리학교실) ,  김민지 (대구가톨릭대학교 의과대학 생리학교실) ,  김태완 (대구가톨릭대학교 의과대학 생리학교실)

초록
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형질전환 동물에 있어서 외래 유전자의 조절되지 않은 과다 발현은 생리적인 부작용이나 독성을 나타내게 된다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 외래 유전자 발현 조절 system인 tetracycline-inducible expression system(Tet system)을 도입하였다. 그러나 종래의 Tet system을 이용한 유전자 발현 조절은 system 자체의 구성 요소로 인한 미미한 leaky 현상 때문에 완벽하게 이루어지지 않는다. 본 연구에서는 보다 완벽한 외래 유전자의 발현 조절 system을 구축하기 위하여 rtTA 대신 진일보한 형태의 $rtTA2^SM2$를 도입하고 TRE 부분을 TRE-tight로 대체하였다. 확립된 retrovirus vector system을 이용하여 다양한 표적세포와 형질전환 닭으로부터 혈소판 생산의 일차적인 조절자이며, 조혈간세포의 생존과 증식에 있어서 매우 중요한 역할을 하는 human thrombopoietin(hTPO)를 생산하고자 하였다. In vitro 상의 연구에서, CEF 세포에서 발현되는 hTPO가 가장 높은 발현량과 발현 유도율을 나타내었으며, 상업적으로 판매되고 있는 hTPO나 다른 표적세포에서 생산된 hTPO에 비해 생물학적 활성이 가장 높은 것으로 확인되었다. 고농도로 농축한 재조합 retrovirus를 stage X단계의 계란의 배반엽 층에 미세주입하여 대리 난각 방법으로 배양한 결과, 미세주입한 138개의 계란 중 21일 후에 15개의 계란에서 병아리가 부화하였으며, 그 중 8마리가 형질전환 개체로 확인되었다. 이 형질전환 닭은 사료 1 g 당 0.5 mg의 doxycycline을 첨가하여 2주간 식이하였으며, 그 후 혈액을 채취하여 hTPO 농도를 측정한 결과 200ng/mL로 확인되었다. 또한 형질전환 개체 중 수컷의 정자에서 hTPO 유전자의 존재를 확인함으로써 germLine transmission의 가능성을 입증하였다. 이상의 연구 결과는 사람의 cytokine 단백질의 대량생산을 위한 생체반응기로서의 형질전환 닭의 생산 가능성을 제시한 데 의의가 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is well-known that unregulated over-expression of foreign gene may have unwanted physiological or toxic effects in transgenic animals. To circumvent these problems, we constructed retrovirus vector designed to express the foreign gene under the control of the tetracycline-inducible promoter. Howe...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 stage X(Eyal-Giladi와 Kochav, 1976) 시기의 배반엽층에 virus를 미세주입한 후 대리난각 방법(Petitte와 Mozdziak, 2002)을 이용하여 배아를 배양하고자 하였다. 먼저 대리난각으로 이용하기 위한 계란은 둔단부를 직경 3.
  • 먼저 형질전환 닭을 생산하기 위한 외래 유전자의 전이 방법으로는 배아에 lentivirus나 retrovirus를 주입하여 외래 유전자를 전이시키는 경우(McGrew 등, 2004; Koo 등, 2006; Kamihira 등, 2005)와 non-viral DNA를 ES 세포나 PGC에 transfection하여 이를 수정란에 다시 도입하는 방법이 있다(Zhu 등 2005; van de Lavoir 등, 2006). 본 연구에서는 이 방법들 중 기술적으로 가장 용이하며, 외래 유전자의 전이 효율이 높은 것으로 알려져 있는 virus vector를 이용한 배아로의 유전자 전이 방법을 사용하고자 하였으며, 특히 생물학적인 안정성을 고려하여 lentivirus vector가 아닌 retrovirus vector를 이용하였다. 이 방법을 이용하여 형질전환 닭에서 생산하고자 하는 생리활성물질은 혈소판 생산의 일차 조절자이며(Kaushansky, 1998), 조혈모세포의 생존과 증식에 중요한 역할을 하는 hTPO로(Sitnicka 등, 1996), 이 물질은 혈소판 감소증, 재생불량성 빈혈이나 골수 부전증 등의 치료제로 사용되고 있다.
  • 형질전환 동물에 있어서 외래 유전자의 조절되지 않은 과다 발현은 생리적인 부작용이나 독성을 나타내게 된다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 외래 유전자 발현 조절 system인 tetracycline-inducible expression system(Tet system)을 도입하였다. 그러나 종래의 Tet system을 이용한 유전자 발현 조절은 system 자체의 구성 요소로 인한 미미한 leaky 현상 때문에 완벽하게 이루어지지 않는다.
  • 그러나 이러한 방법은 가축의 긴 세대 간격과 비경제성, 낮은 성공률, 그리고 여러 종류의 단백질이 이미 존재함으로써 외래 유전자의 발현에 의해서 생산된 물질의 분리 정제에 매우 큰 어려움이 유발되는 등의 여러 가지 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 가축이 아닌 가금을 대상으로 생리활성물질을 발현시키고자 하였으며, 특히 닭의 계란을 통해서 재조합 단백질을 생산하여 물질의 분리 정제가 보다 수월하게 이루어질 수 있도록 계획하였다. 형질전환 닭의 생산은 기술적인 용이성과 높은 유전자 전이율을 나타내는 방법인 고농도의 retrovirus를 X기의 계란의 배반엽층에 미세주입하는 방법을 이용하였다.
  • Tet system은 기존의 중금속이나 steroid hormone, heat shock 등을 이용하는 발현 조절 system에 비해 유도물질이나 구성 요소에 의한 세포 독성이 적고 유전자의 발현 유도율이 다른 system에 비하여 탁월한 것으로 알려져 있으나(Bohl 등, 1997; Mayford 등, 1996), 비유도 조건에서 아직 완벽한 발현 제어가 이루어지지 않은 관계로 약간의 background 활성을 나타내고, 또한 유도 조건에서의 외래 유전자의 비교적 약한 발현이 문제시된다. 이를 극복하기 위하여 본 연구에서는 기존의 Tet system의 여러 요소를 보완하여 보다 완벽하게 외래 유전자의 발현이 조절되는 진일보한 형태의 Tet system을 구축하고자 하였으며, 이 system을 이용하여 외래 유전자인 hTPO의 발현이 유도적으로 조절됨으로써 생리적인 부작용이 최소화된 형질전환 닭을 생산하고자 하였다.
  • 또한 형질전환 개체 중 수컷의 정자에서 hTPO 유전자의 존재를 확인함으로써 germLine transmission의 가능성을 입증하였다. 이상의 연구 결과는 사람의 cytokine 단백질의 대량생산을 위한 생체반응기로서의 형질전환 닭의 생산 가능성을 제시한 데 의의가 있다.
  • 형질전환 개체로 확인된 8마리 중 수컷 1마리(006번)가 생후 2개월령에 폐사하였으며, 나머지 7마리를 대상으로 하여 hTPO 유전자의 발현이 doxycycline의 첨가 여부에 따라서 유도적으로 일어나는 지를 확인하고자 하였다. 이에 doxycycline이 첨가된 식이를 하기 전의 각 개체에서 혈액을 채취하였으며, 식이 2주 후에 다시 혈액을 채취하고, 식이에서 doxycycline을 제거한 2주 후에 혈액도 채취하였다.
  • 본 연구에서는 보다 완벽한 외래 유전자의 발현 조절 system을 구축하기 위하여 rtTA 대신 진일보한 형태의 rtTA2SM2를 도입하고 TRE 부분을 TRE-tight로 대체하였다. 확립된 retrovirus vector system을 이용하여 다양한 표적세포와 형질전환 닭으로부터 혈소판 생산의 일차적인 조절자이며, 조혈간세포의 생존과 증식에 있어서 매우 중요한 역할을 하는 human thrombopoietin(hTPO)를 생산하고자 하였다. In vitro 상의 연구에서, CEF 세포에서 발현되는 hTPO가 가장 높은 발현량과 발현 유도율을 나타내었으며, 상업적으로 판매되고 있는 hTPO나 다른 표적세포에서 생산된 hTPO에 비해 생물학적 활성이 가장 높은 것으로 확인되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
hTPO는 형질전환 닭에서 어떤 것을 이용하여 생산하였는가? 먼저 형질전환 닭을 생산하기 위한 외래 유전자의 전이 방법으로는 배아에 lentivirus나 retrovirus를 주입하여 외래 유전자를 전이시키는 경우(McGrew 등, 2004; Koo 등, 2006; Kamihira 등, 2005)와 non-viral DNA를 ES 세포나 PGC에 transfection하여 이를 수정란에 다시 도입하는 방법이 있다(Zhu 등 2005; van de Lavoir 등, 2006). 본 연구에서는 이 방법들 중 기술적으로 가장 용이하며, 외래 유전자의 전이 효율이 높은 것으로 알려져 있는 virus vector를 이용한 배아로의 유전자 전이 방법을 사용하고자 하였으며, 특히 생물학적인 안정성을 고려하여 lentivirus vector가 아닌 retrovirus vector를 이용하였다. 이 방법을 이용하여 형질전환 닭에서 생산하고자 하는 생리활성물질은 혈소판 생산의 일차 조절자이며(Kaushansky, 1998), 조혈모세포의 생존과 증식에 중요한 역할을 하는 hTPO로(Sitnicka 등, 1996), 이 물질은 혈소판 감소증, 재생불량성 빈혈이나 골수 부전증 등의 치료제로 사용되고 있다.
재조합 단백질의 생산은 어떤 종에서 가능한가? 재조합 단백질의 생산은 해당 유전자가 전이되어 발현되는 미생물, 동물세포, 식물, 동물 등 다양한 종에서 가능하다. 이 중 가장 경제적이고 여러 세대에 걸쳐서 지속적인 대량생산이 가능하며, 단백질의 당화 과정이 인간과 가장 유사한 경우는 형질전환 동물을 생체반응기로 이용하는 방법이다(Fontes 등, 1999; Houdebine, 2006).
형질전환 닭에서 외래 유전자의 발현에 의한 재조합 단백질을 효율적으로 생산하기 위한 전제 조건은 무엇인가? 형질전환 닭에서 외래 유전자의 발현에 의한 재조합 단백질을 효율적으로 생산하기 위한 전제 조건으로는 외래 유전자의 숙주세포나 개체의 genome 내로의 도입을 위한 적절한 유전자 전이 방법이 확립되어야 하고, 외래 유전자의 발현에 관여하는 조직 특이적이거나 유도적인 조절 요소가 도입되어야 한다(Houdebine, 2000; Keefer, 2004). 먼저 형질전환 닭을 생산하기 위한 외래 유전자의 전이 방법으로는 배아에 lentivirus나 retrovirus를 주입하여 외래 유전자를 전이시키는 경우(McGrew 등, 2004; Koo 등, 2006; Kamihira 등, 2005)와 non-viral DNA를 ES 세포나 PGC에 transfection하여 이를 수정란에 다시 도입하는 방법이 있다(Zhu 등 2005; van de Lavoir 등, 2006).
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  30. Zhu L, van de Lavoir MC, Albanese J, Beenhouwer DO, Cardarelli PM, Cuison S, Deng DF, Deshpande S, Diamond JH, Green L, Halk EL, Heyer BS, Kay RM, Kerchner A, Leighton PA, Mather-Love CM, Morrison SL, Nikolov ZL, Passmore DB, Pradas-Monne A, Preston BT, Rangan VS, Shi M, Srinivasan M, White SG, Winters-Digiacinto P, Wong S, Zhou W, Etches RJ 2005 Production of human monoclonal antibody in eggs of chimeric chickens. Nat Biotechnol 23:1159-1169 

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