Carbonic anhydrases catalyze the hydration of carbon dioxide and are essential for regulation of cellular pH and carbon dioxide transport. CA is the zinc metalloenzyme that catalyses the reversible reactions of CO2 with water. To date, 16 isozymes belonging to the α-CA gene family. A carbonic anhydrase isozyme is present in shaggy sea raven, Hemitripterus villosus. Carbonic anhydrase isozyme protein isolated from several tissues showed specific protein band with molecular weight of 30 kDa. The isolated protein band was identified as a carbonic anhydrase isozyme.

The Egr family of zinc finger transcription factors consisting of 4 members (Egr1 to -4) regulates critical genetic programs involved in cellular growth, differentiation, and function. Especially, the critical role for Egr1 in regulating luteinizing hormone responsiveness was demonstrated by using gene-targeted mouse models. Other members of Egr family were shown to be involved in other cellular and developmental processes. To understand if Egr3 is implicated in ovarian functions, we focused on identifying cell type-specific and subcellular localization of Egr3 in cycling mouse ovaries and oocytes. RT-PCR analyses show that Egr3 mRNA is expressed in the mouse ovary and oocytes. By immunofluorescence staining, we observed that Egr3 is weakly expressed in subsets of granulosa cells. Interestingly, Egr3 seems to be co-localized with meiotic spindle in some oocytes in the ovarian section. Therefore, we examined Egr3 localization in MI oocytes cultured in vitro. We confirmed co-localization of Egr3 and microtubule in the mouse oocyte during meiosis I. Egr3 localization is noted around condensing chromosomes during prometaphase I (PMI). At metaphase I (MI) and MII, Egr3 is localized on meiotic spindle and also around each cytosolic microtubule organizing centers (MTOCs) in a punctate pattern. To examine if microtubule is required for correct positioning of Egr3 on this structure, we observed the pattern of Egr3 in oocytes matured under taxol or nocodazole. In taxol-treated oocyte, Egr3 and gamma-tubulin complex are enlarged. In nocodazole-treated oocyte, Egr3 localization on spindle and MTOCs are abolished. Thus, Egr3 localization seems to require the presence of intact microtubule. Collectively, our result shows for the first time that Egr3, a transcription factor, is localized on meiotic spindle of maturing mouse oocytes. The work suggests a novel role for Egr3 as a factor involved in MTOC dynamics during meiosis.

포유동물 생식세포를 생산하는 정자형성과정은 정원줄기세포 (spermatogonial stem cells, SSCs)가 일생 동안 정소 내 기저부에 존재하면서 계속적인 증식을 통해 그 수를 유지하고, 그 중 일부가 감수분열에 진입하여 남성생식세포인 정자를 생산하는 일련의 과정이다. 신생 및 성체의 정원줄기세포는 의학과 접목하여 불임 및 저출산 치료에 크게 기여할 것으로 사료되어, 이미 많은 연구자에 의하여 활발히 연구가 진행되고 있다. 그러나 이중 성체 정소 유래의 정원줄기세포는 신생 정소에 비하여 체세포당 비율이 매우 낮아 이를 분리하여 배양하기 위해서는 효율 높은 정원줄기세포의 분리 방법의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구는 인간에 적용하기에 가장 적합하다고 생각되는 조직이식 방법을 통하여 성체 생쥐의 정원줄기세포를 과밀화하고, 이렇게 얻어진 세포를 체외에서 배양하고자 하였다. 6～8주령의 정상적인 정자형성과정이 일어나고 있는 성체 생쥐 (BDF1)의 정소를 분리하였고, 정소 내 존재하는 분화된 생식세포를 줄여주기 위하여 면역이 결핍된 누드마우스의 등쪽에 이식하였다. 이때 생착효율을 알아보기 위하여 실험군은 3개 (whole testis under dorsal skin, slice testis under dorsal skin and whole testis in the abdominal cavity)의 그룹으로 나누어 이식하였다. 이식 2～4주 후 이식한 정소 조직을 채취하여 일부는 기존의 방법 (정소 조직의 이식방법을 사용하지 않은 대조군)과 비교해서 조직이식을 시행 후 세정관내 존재하는 정원줄기세포의 비율을 조직화학적 방법으로 비교 분석하였다. 나머지 조직은 개개의 세포로 분리하여 정원줄기세포의 증식 및 유지에 필요한 성장인자 (GDNF, bFGF, LIF, EGF, IGF-1)를 첨가한 후 배양하였으며, 7～10일마다 계대배양하였다. 배양된 세포는 RT-PCR, AP staining, TUNEL staining, Immunocytochemistry 및 FACS analysis를 통하여 정원줄기세포 특징을 분석하였다. 이식 2주 후 3그룹 내 정원줄기세포가 포함되어 있는 비율은 각각 93% (13/14), 92% (12/13), 57% (4/7)로 나타났으며, 이식된 조직의 seminiferous tubules내에는 분화된 생식세포가 사라지거나 퇴화된 것을 확인하였다. TUNEL assays를 통하여 Whole과 Sliced testis 그룹에서는 7.3±3.3%과 8.3±3.9% 만이 세포사가 진행되는 세포를 관찰한대 반하여 Abdominal cavity에 이식한 군에서는 70.9±16.2%로 매우 높은 세포사율을 관찰하였다. 체외배양 기간 동안 정원줄기세포의 colonization 효율은 이식하지 않은 대조군에 비하여 높게 관찰하였다. 조직 이식 후 배양한 성체 유래 정원줄기세포는 위 성장인자가 포함된 배양액에서 2.5달 (8계대) 동안 성공적으로 유지 배양되었다. 배양된 세포는 정원줄기세포의 특징인 AP activity를 강하게 나타냈으며, 표지인자인 Thy-1와 GFRα-1 또한 강하게 발현되는 것을 FACS와 Immunocytochemistry를 통하여 확인하였다. 또한 RT-PCR를 통하여 정원줄기세포 표지유전자 마커인 integrin β1, mvh, ngn3 mRNA는 강하게 발현되는데 비하여 생식세포 분화유전자 마커인 piwil2, stra8, c-kit, TH2B and TP-1 mRNA는 발현되지 않거나 약하게 발현되었다. 조직이식을 통하여 성체 내 존재하는 극소수의 성체 정원줄기세포의 분리 및 배양이 가능함을 확인하였다. 이러한 생쥐 모델 시스템을 인간에게 적용할 경우 autologous한 조직이식을 통해 단순화된 방법으로 정원줄기세포 분리 및 배양이 가능할 것으로 사료된다.

Txnip는 Thioredoxin (Trx)과 결합하여 그 기능을 억제함으로써 세포 내의 산화환원 환경을 조절하고, Txnip를 과발현시키면 Trx와는 독립적으로 glucose uptake와 lactate output을 억제한다고 알려져 있지만, 난자 내에서의 역할은 아직 밝혀진 바가 없다. 따라서 본 연구는 RNA interference (RNAi)를 이용하여 난자 내의 Txnip의 발현을 효과적으로 억제하고, Txnip가 생쥐 난자 성숙에 미치는 영향을 알아보고자 수행하였다. ICR 생쥐에 PMSG를 주사하고 44시간 후에 cumulus-oocyte complex(COC)형태의 GV 난자를 채취하였다. Cumulus cell을 물리적으로 제거한 후 Txnip dsRNA를 GV난자의 세포질 내에 미세 주입하여 Txnip RNAi를 수행하였다. 0.2mM IBMX가 첨가된 M16 배양액에서 24시간 배양 후 plain M16 배양액에서 16시간 배양하면서 난자의 성숙율과 표현형을 관찰하고, 염색체와 spindle의 모양은 immunofluorescence staining으로 동시에 관찰하였다. Time-Lapse imaging으로 cytoplasmic streaming, polar body emission 등의 표현형 및 시간차 등을 비교하였다. Txnip RNAi 결과, Txnip RNAi 된 난자는 MI 단계에서 정지하는 표현형을 보였고, 세포질이 응축되고, 난자 중심부에 spindle과 염색체가 분리되지 않은 상태로 뭉쳐서 존재함을 관찰하였다. IBMX 배양액 안에서 Txnip knockdown이 시작될 때 이미 난자의 세포질 안에 과립형성이 증가하고 cytoplasmic streaming이 어려워지는 것을 관찰하였으며, 세포질의 rigidity가 증가하는 것을 관찰하였다. Txnip은 lactate의 생산을 억제하기 때문에 Txnip 발현을 억제시키면 반대로 세포 내 lactate 생산이 증가된다고 알려져 있어, 본 연구진은 lactate의 농도를 높인 배양액에서 난자를 배양하였다. 이 때 시간이 지날수록 난자의 중심부에 과립이 형성되는 현상 즉, Txnip RNAi를 수행한 난자에서 나타나는 현상과 유사한 표현형을 확인하였다. 따라서 Txnip가 난자 성숙과정에서 lactate의 생성과 관련하여 작용할 것이라는 가설을 세우고, 따라서 Txnip의 감소로 증가된 lactate로 인해 glycogen granule이 과형성되고, 그 결과 cytoplasmic streaming이 현저히 줄어들면서 spindle과 염색체의 이동이 방해되는 것으로 추측된다. 이번 연구를 통해서 생쥐 난자의 포도당 대사와 Txnip의 연관성을 알 수 있었고, 이는 생쥐 난자의 대사적 조절기전과 난자 성숙과의 연관 관계를 규명하는데 중요한 역할을 할 것이라고 사료된다.

Mesenchymal stem cells (MSC) are of great interest for cell-based therapies and tissue engineering approaches, as these cells are capable for extensive self-renewal and display a multilineage differentiation potential. Clinical application of these cells for degenerative and age-related diseases has been accumulating. However, preparation of MSC before the onset of the diseases, it needs to develop the cryopreservation method. Most cryopreservation methods include fetal bovine serum (FBS) which is essential for effective cryopreservation. Yet it should not be used clinically because of the potential risk of infection. In the present study, we investigated whether human serum albumin (HSA), human serum (HS), and knockout serum replacement (KSR) can be used as an alternative of FBS for cryopreservation of human adipose derived stem cells (hADSC). Cells cryopreserved with 9% HSA showed much higher viability after thawing compared with cells frozen with 5% or 1% HSA. Cells cryopreserved with 90% HS or KSR exhibited greater viability than cells frozen with 25% and 5% HS or KSR, respectively. Viability of cells frozen with 9% HSA, 90% HS or 90% KSR was comparable to that with 90% FBS. Morphology and proliferation ability of these cells were not affected by cryopreservation when compared the freshly obtained cells. Cryopreserved hADSC expressed transcription factor genes including Oct3/4, Nanog, Nestin and Sox2, which are related to the self-renewal of stem cells. Flow cytometric analyses showed that both fresh and cryopreserved hADSC were positive for the antigens of HLA-ABC, CD44, CD73, CD90, and CD105, CD166, and negative for HLA-DR, CD31, and CD34. Similar to fresh cells, cryopreserved hADSC could differentiate into mesodermal lineages, adipogenic, osteogenic, or chondrogenic cells. These results suggest that 9% HSA, 90% HS or 90% KSR can be used to replace FBS during successful cryopreservation of hADSC.

Estrogens are ubiquitous signaling molecules that influence nearly every cell type, and exert profound effects on embryonic development, and differentiation. Wnt pathway, which recruits β-catenin into nuclei, and activates The Wnt-dependent transcription factors, also plays an important role in embryonic development and stem cell maintenance, and differentiation. Accumulating evidences indicate that potential convergence between these two pathways in carcinoma cells. However, physiological roles of estrogens in development and differentiation of human embryonic stem cells (hESCs) are relatively unknown. Here, we demonstrated that estrogenic compounds 17α-ethinylestradiol (EE2) and genistein (GEN) significantly increased β-catenin expression in undifferentiated hESCs cultured in feeder-free media. Interestingly, GEN treatement induced an increased trend of mesendodermal gene expressions, and significantly inhibited ectodermal gene expressions (Nestin and Pax6) in embrioid body (EB). Expectantly, GEN increased epithelial-mesenchymal transition (EMT) related gene expression (Snail2, and Twist), whereas decreased E-cadherin on day 6 of EB development. Taken together, these suggest that estrogens may in part the powerful effects on normal hESC differentiation. Mechanistic studies of estrogen signaling continue to suggest novel drug targets for stem cells and will also improve screening methods of developmental toxicity.

Aquaporins (AQPs)는 수분통로단백질로서 세포막에서 수분 또는 글리세롤의 수동수송에 관여한다. 현재까지 13종의 AQPs (AQP0-12)가 알려져 있으며, 이 중 AQP9은 수분통로뿐만 아니라 선택적 중성용질통로로도 작동한다. 정소에서 AQP9은 Leydig cell에서 발현하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 정소에서 AQP9의 역할을 알아보기 위해 생쥐 정소에서 생후 발달에 따른 AQP9의 발현과 human chorionic gonadotropin (hCG)에 의한 조절에 대하여 조사하였다. 생쥐 정소에서 AQP9 mRNA와 단백질은 2주령부터 발현하였고, 4주령부터 발현량이 급격히 증가하였다. Laser captured microdissection (LCM)을 이용하여 interstitial cell에서 AQP9 mRNA 발현을 분석한 결과, 1주령까지 낮은 발현을 보였고, 이후 발현량이 점진적으로 증가하였다. Immunohistochemistry로 AQP9을 염색한 후 quantitative image analysis를 시행한 결과, 2주령까지 Leydig cell에서 약한 immunoreactivity를 보이다가 4주령부터 세포 크기의 증가와 함께 강한 immunoreactivity를 보였다. Double immunofluorescence로 AQP9과 3β-HSD를 염색한 결과, 미성숙 정소에 비해 성체 정소의 Leydig cell에서 immunoreactivity가 유의적으로 증가하였다. 3주령 수컷 생쥐에 hCG를 주사한 후 정소에서 AQP9 mRNA 발현을 분석한 결과, 발현량이 증가하였으며, adult Leydig cells primary culture를 진행하면서 hCG를 처리한 결과, steroidogenic enzyme 유전자들의 mRNA 발현이 증가하면서 AQP9 mRNA 발현도 증가하였다. 따라서 Leydig cell에서 AQP9은 luteinizing hormone (LH)에 의해 조절되어 수분 및 중성용질을 수송함으로써 steroidogenesis 과정에서 세포 부피의 조절에 관여하는 것으로 사료된다. 흰쥐를 이용한 선행연구들과는 달리 본 연구에서는 세정관내에서도 AQP9이 발현하는 것을 확인하였다. 정소 내 세정관을 분리하여 AQP9 mRNA 발현을 분석한 결과, 2주령부터 mRNA가 발현하는 것이 확인되었고, 이후 발현량이 점진적으로 증가하였다. 또한 LCM을 이용하여 성체 정소의 세정관에서 AQP9 mRNA가 발현하는 것을 확인하였다. Double immunofluorescence로 AQP9과 claudin-11을 염색한 결과, Sertoli cell들간의 밀착결합 (tight junction)에서 함께 발현하는 것을 확인하였다. 따라서 Sertoli cells 사이의 AQP9은 수분 및 중성용질의 통로로 작동하여 이들이 혈액정소장벽 (blood testis barier)을 통과할 수 있게 하는 것으로 사료된다.

최근 다세포로 구성된 패류 발생배의 냉동보존에 관한 연구가 이루어진 바 있지만, 대부분 굴과 같은 조개류로서 종 및 연구항목에 있어 다양성이 부족한 실정이다. 특히, 참전복과 같이 수정란의 크기가 큰 고둥류 발생배의 냉동보존은 Roux et al. (2008)에 의해 그 기반지식이 파악되기는 하였으나, 여전히 발생배를 냉동보존하는 데 있어 그 기초자료가 되는 여러 요인들에 관한 조사가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 한국에서 산업적으로 중요한 위치를 점하고 있는 참전복 Haliotis discus hannai 발생배의 적정 결빙억제제 (CPA)를 밝히기 위해 CPA별, 농도별로 침지시간에 따른 발생배의 활성을 조사하였다. 4년생 참전복 (완도산)을 채란용 모패로 사용하였으며, 공기노출과 자외선조사해수 자극을 병행하여 채란·채정된 양질의 발생배로 실험에 사용하였다. CPA의 독성이 참전복의 담륜자와 피면자 유생의 활성에 미치는 영향을 파악하기 위해, 0.2 M sucrose를 희석액으로 하고 여기에 DMSO, EG 및 PG를 최종농도 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 M 되도록 혼합한 다음, CPA별, 농도별로 유생을 30분간 침지하였다. 이후 인공해수로 희석하여 CPA를 용출시킨 다음 30분 동안 5분 간격으로 유생의 생사 여부 및 운동성을 관찰하였다. 모든 실험은 3반복으로 실시하였다. 그 결과, CPA농도가 높을수록 유생의 운동성이 떨어짐을 알 수 있었다. 또한 CPA중 EG에서 운동성이 3.0±0.4로 가장 높게 나타났다. CPA침지 시간경과에 따른 배의 활성을 알아보고자, 0.2 M sucrose를 희석액으로 하고, 여기에 DMSO, EG, PG, polyethelene glycol (PEG)을 최종농도 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 M되도록 혼합한 다음, 담륜자 및 피면자 유생을 30분간 침지하였다. 30분 경과시 발생배를 인공해수로 옮겨 CPA를 용출시킨 다음, 30분간 배의 운동성을 관찰하였다. 그 결과, CPA침지 직후 모든 실험구에서 CPA농도에 따른 운동성의 차는 있었지만, 운동성이 점차 감소하여, 침지 30분째에는 운동성이 사라졌다. 그러나 CPA 용출후에는 인공해수에서 운동성이 다시 회복됨을 알 수 있었다. CPA별, 침지시간별 참전복 발생배의 발생진행률을 파악하기 위해, 0.2 M sucrose에 DMSO, EG, PG, PEG가 최종 농도 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 M되도록 혼합한 다음, 4세포, 상실배, 담륜자 및 피면자 유생을 10, 20, 30분간씩 침지하였다. 침지후 30분 경과시 발생배를 인공해수로 옮겨 CPA를 용출시킨 다음, 각 발생단계의 발생진행률을 조사하였다. 그 결과, CPA별 침지후 발생진행률은 DMSO와 PG에서 발생진행률이 각각 90.8±0.4, 84.6±0.6%로 EG, PEG의 발생진행률인 97.8±1.4, 99.1±0.1%보다 낮았다. 또한, CPA중 PEG에 상실배를 10분간 침지한 후의 발생진행률이 99.1±0.1%로 가장 높았다. CPA침지 시간별 발생진행률을 보면, EG 0.1, 0.5, 1.0 및 2.0 M에서 침지 10분에서 각각 80.8±1.5, 97.8±1.4, 95.1±0.5 및 94.3±1.1%로 나타나, 침지 30분의 60.5±0.4, 80.0±0.9, 75.8±1.1 및 85.4±1.2%보다 높음을 알 수 있었다. 그리고 CPA침지후 발생단계에 따른 발생진행률 결과, PG의 경우 4세포, 상실배, 담륜자 및 피면자 유생의 평균 발생진행률이 각각 51.2±0.8, 79.3±1.3, 84.6±0.6 및 88.7±0.9% 로 발생이 점점 진행될수록 발생진행률이 높았다.

Light characteristics are very specific in the aquatic environment. Fish vision and different light spectra perception are related to each species’ natural habit. Light is one of the main environmental conditions and can be easily manipulated in artificial rearing settings. Cholecystokinin (CCK) and mucus-secreting goblet cells are the main regulators of digestion. In this study, we established whether the light spectrum (natural condition, full spectrum: green, 520 nm; red, 590 nm, and blue, 480 nm) influences growth performance and digestive activity related to CCK mRNA expression and mucus-secreting goblet cell activity in order to develop a good management protocol and optimal rearing system for the longtooth grouper. For each light spectrum, fish were reared 12 weeks under a flow-through system and fed commercial pellet diets once daily. At the end of the experiment, the final body weights differed among the fish reared under different light spectra. The highest growth performance value was observed in fish reared under the green light condition. On the other hand, the growth performances of fish in the natural and blue light conditions were drastically decreased in last 3 weeks of the experiment. CCK mRNA expression and mucus-secreting goblet cell activity were significantly higher in the fish under green light condition than in the fish under the natural, red, and blue light conditions. Rearing of the longtooth grouper under the green light condition had positive effects on fish growth performance and digestion. We recommend that the appropriate light spectrum for the artificial culture of the longtooth grouper is the green light condition from the perspective of growth performance and the synergistic effects of CCK and mucus-secreting goblet cells. However, longer light treatment periods are needed in future investigations to clarify the effects of light spectrum on the longtooth grouper. Together with the findings of the present study, such studies would result in better understanding of the digestive physiology and contribute to the development of optimal rearing management for commercial production of the longtooth grouper.

Apoptosis of the cell is one of the key steps in tissue remodeling and functional differentiation. At the time of implantation there are dramatically remodeling and functional differentiations of uterine endometrium. Decidualization is the process by which the uterine stromal cells proliferate and differentiation into morphologically and functionally distinct decidual cells. Bax is one of the key molecules in apoptotic process during that time. It is known that Bax expression have characters of time specificity and tissue specificity but the role of implantation is not largely unknown. The aim of this study was to examine the embryo implantation and decidualization reaction in order to understand the role of pro-apoptotic Bax gene as a major regulator of apoptosis of decidual cells. Some of Bax knockout mice have coat pigmentation defects involving white color. The number of blue bands after embryo transfer (ET) was not different between the control and Bax-knockout (Bax-KO) black coat (BC) and white coat (WC). Decidua were normally differentiated in both control and Bax-KO BC, but deciuda were not detected in Bax-KO WC at 96 hr post ET. Moreover, embryos of Bax-KO WC stayed in dormant stage on the embryonic day 7.5 and day 9.5. These results suggest that Bax and its related unknown genes may be a key molecule in implantation and uterine decidual reaction.

Sulfotransferase 1E1 (SULT1E1, EST) is responsible for the sulfation and inactivation of betaestradiol at physiological concentrations. SULT1E1 null mice have reduced fertility by the disfunction of placenta and ovulation. Based our previous data it was revealed that the ovulation ability of 6-month old tiEsr1KO female mice is similar with the SULT1E1 female mice. In this study the possible relations in ovulation between estrogen and SULT1E1 was examined using real-time PCR and RIA methods in tiEsr1KO model mice. During the induction of superovualtion SULT1E1 gene expression peaked just before ovulation (6 hr posthCG injection) in control mice. As expected the expression patterns were similar between control and 4-weelk old tiEsr1KO female mice. Serum levels of E2 were increased in both tiEsr1KO mice and wild type mice but its level was higher 3 times in tiEsrKO mice than the wild type. Its levels became same between them after hCG administration. On the other hand, 6-month old mice shows the the dramatical increasing the SULT 1E1 expression during folliculogenesis, their expression was increased more than 100 times after hCG 6hr compared with PMSG 12hr control. In contrast with the 4-week old tiEsr1KO female mice, the expression levels of SULT1E1 gene expression were higher levels more than 20 times at 12 hr post PMSG injection. On the other hand, the expression levels of the other SULT family genes, SULT1A1 and SULT2A1 were very low compared with the SULT1E1 and did not show fluctuation during that period. Based on these results, it is suggested that the functional roles of estrogen during folliculogenesis may be regulated by SULT1E1through the metabolism of 17-beta estradiol and that the expression of SULT1E1 gene may be under the control of the levels of estrogen.