체외 배양 과정 중에 나타나는 생쥐 초기 2-세포 배의 "in vitro 2-cell block" 현상은 세포내 농도 변화와 밀접한 관련이 있다. 다양한 종류의 세포에서 acetylcholine은 세포막에 존재하는 muscarnic acetylcholine receptor를 통해 세포내 농도 증가를 유도한다. 본 실험에서는 생쥐 "in vitro 2-cell block" 현상에 있어서 ACh의 영향을 알아보기 위해 세포 내 농도 조절 물질을 처리한 후,

1966년 석사 과정에서부터 포유류에서 난자 성숙 과정이 어떻게 일어나는가 하는 것이 연구의 시작이었고, 80년 이후부터는 난자 성숙과 배 발생에 관련된 calcium 대사 연구를 하였다. 이 과정에서 자연히 세포 내로 Ca2+가 유입(Ca2+-influx)되는 요인을 밝혀야 했고, 그러다 보니 포유동물의 난자 성숙과 Ca2+-influx의 통로가 되는 Ca2+-channel을 연구하게 되었다. 1990년 후반부터는 포유동물의 난자 및 배에서 Ca2+-channel에 대한 연구를 주 테마로 하였다. 당시에는 이 분야의 논문이 그리 많지 않았으며, 따라서 세계 어느 연구실보다 이 분야에서 pioneer leader였다는 자부심을 가지고 2004년 8월 성진여자대학교 정년퇴임 시까지 연구하였다. 포유동물의 난자 성숙 과정에서 아미노산인 glutamine이 에너지원(energy source)로 쓰이며, protein 합성의 주 재료가 된다는 점을 밝혔는데, 이는 난자 성숙 과정에서 아미노산이 에너지 원으로 쓰이고 있음을 처음으로 밝힌 논문이었다(Bae and Foote, 1975). 이후 Batta와 Kundsen(1980), Burgoyne 등(1979)이 luteinizing hormone(LH) surge 후 cumulus cell enclosed 난자에서는 Ca2+ 농도의 급격한 증가가 일어나는 반면, folliclar fluid 내의 Ca2+ 농도가 감소하였음을 보인 연구 결과를 토대로 Bae(1981)과 Bae와 Channing(1985)에서 calcium on이 난자 성숙에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 처음으로 보고하였다. 그 이전의 Tsafriri와 Bar-Ami(1978)과 Leibfried와 First(1979)는 Ca2+ion이 난자성숙과는 무관하다고 주장하였으나, 이는 실험 과정에서 배양액 내 Ca2+ 농도 계산이 잘못되었음을 증명하였다(Bae and Channing, 1985). 포유동물 난자를 체외에서 배양하면 자발적인 성숙(spontaneous maturation)이 일어나지만, 양서류나 불가사리는 progesterone이나 1-methyladenosine을 처리해야 난자 성숙이 일어난다. 그러나 포유동물의 난자라도 in vivo에서는 LH surge 후 난자 성숙이 시작된다는 점에서 보면 난자 성숙을 방해하는 무엇인가가 있을 것이라는 추정이 가능하고 난자 성숙 억제 물질(oocyte maturation inhibitor, OMI)을 찾아내는 것이 생식생리학 분야에서는 아주 커다란 문제로 부각되어 왔다. Tsafriri, Pomerantz와 Channing(1976)의 논문을 시작으로 많은 연구자들이 이를 연구하였고, 미국 내분비학회에서도 이들을 Gugenheim award를 수여하여 노벨의학상 수상 후보에 오를 것이라는 소문이 자자했다. 또한 미국 생식학회(SSR)에서는 제 1회 연구 논문상, Baltimore에서는 Great Baltimore Women Scientist로 선정되어 상을 받는 등 일약 전국적인 spot light를 받았다. 이 당시 본인 역시 OMI에 대해 이들과 달이 1975년부터 면역학적인 방법으로 접근하였으나, 연구 속도가 느려 1981년에 겨우 논문 하나를 발표하였다. Fast-moving protein과 slow-moving protein의 두 가지 다른 protein이 serum 내에는 없고 follicular fluid 내에 있으며, 생쥐 난자 성숙을 방해하고 있음을 밝혔다(Bae 등, 1981). 이보다 앞서 1979년 4월에 Dr. Channing 실험실에 합류하였는데 당시 Dr. Channing group이 발표한 OMI은 실험적 오류에 의해 생긴 결과였음을 밝혔고, 1980년 이후 Dr. Channing lab에서는 OMI에 대한 논문은 더 이상 발표되지 않았으며, Dr. Channing은 1985년에 암으로 세상을 떠났다. 포유류 배 착상 전 발생과정 중 일어나는 compaction 현상과 부화(hatching) 과정에서도 Ca2+가 필수적임을 보고하였다(Bae 등, 1994, 1996). 생쥐 난자 성숙과 포배기까지 배 발생에 Ca2+는 지대한 영향을 미치고 있지만 정작 Ca2+ion이 어떻게 난자나 배의 세포질 내로 들어 오느냐하는 Ca2+-channel에 대한 연구는 거의 없었다. 일반적으로 Ca2+-channel는 근육, 신경 조직 등에서는 많은 연구가 이루어졌지만, 포유동물의 난자 내 배에서의 연구는 거의 알려진 것이 없었다. 물론 근육이나 신경조직처럼 재료 구하기가 쉬우나, 포유동물의 난자와 배는 양적으로 재료를 구하기가 힘들다는 것도 원인 중에 하나이다. 예로 직경이 80um인 생쥐 난자 3,400개를 모아야 직경이 1.2mm인 개구리 난자의 체적이 되며, 3,400개의 난자를 모으려면 34명의 숙련된 technician이 생쥐 다섯 마리로 1시간이상 걸려 100개의 난자를 모아야 한다는 것이다. Okamoto 등(1977), Bae(1981), De Felici와 Siracusa(1982) 등이 포유동물 난자막에서 Ca2+-channel의 존재를 암시하였으나, Yoshida(1982)가 처음으로 방사성 동위원소 45Ca2+를 사용하여 Ca2+-channel의 존재를 확인하였으나, 어떤 type의 Ca2+-channel인지 밝히지는 못했다. 당시 한국에서는 45Ca2+를 사용하려면 방사능 취급 자격증을 갖고 있어야 하는 어려움으로 Ca2+-channel에 대한 연구를 시작하지 못하였다. 이후 Ca2+-channel에 대한 항체가 생산되자 본인은 항체를 이용한 면역학적 접근으로 생쥐 난자와 배에서 Ca2+-channel에 대한 연구를 시작하였다. 생쥐 난자 성숙 중에 일어나는 membrane potential이 변하는 것은 Na2+-channel을 통한 membrane potential 변화가 일어나는 것이 아니고 Ca2+-channel을 통해 Na2+의 이동이 일어나고, 이로 인해 membrane potential이 변하는 것임을 Yoshida(1983)이 증명하였다. 또한 Yoshida(1986), Peres(19987), 그리고 Blancato and Sayler(1990) 등 역시 Ca2+-channel의 존재를 증명하였으나, 어떤 type의 Ca2+-channel인지 밝히지는 못했다. 포유동물의 난자 및 배에서 Ca2+-channel를 밝힌 연구로는 Bae 등(1998, 1999a and b), Day 등(1998), Mattioli 등(1998), Emerson 등(2000) 등이 전부다. 이 중 Day 등(1998)은 생쥐 배에서 voltage dependent T-type Ca2+-channel을, Mattioli 등(1998)이 voltage dependent P/Q-type Ca2+-channel을, Emerson 등(2000)이 생쥐 2-세포배에서 voltage dependent L-type Ca2+-channel의 존재를 증명하였다. 본인은 Bae 등(1998, 1999a와 b)에서 생쥐 난자에 존재하는 P/Q-type, N-type, L-type의 voltage dependent Ca2+-channel이 존재함을 밝혔으며, Lee 등(2004)에서는 생쥐 난자 체외 성숙 중 성숙이 저해된 난자는 위의 네 가지 voltage dependent Ca2+-channel이 발현되고 있지 않으며, 이로 인해 난자 성숙이 일어나지 못한 것으로 보이며, 이는 생식 생리학의 난제 중 하나인 OMI의 원인 중 한 가지를 밝혀냈다는 점에서 큰 의의가 있다 하겠다.

To find the mechanism underlying the ADP-induced increase in the outward current in ovulated mouse oocytes, we examined changes in voltage-dependent currents using the whole cell voltage clamp technique and the internal perfusion technique. Eggs were collected from the oviduct of superovulated mice with PMSG and hCG. Membrane potential was held at -60 mV (or -80 mV in the case of recording currents) and step depolarizations or hyperpolarizations were applied for 300 ms. By step depolarizations, outward currents comprising steady-state and time-dependent components were elicited. They were generated in response to the positive potential more than 20 mV with severe outward rectification and were blocked by external TEA, a specific channel blocker, suggesting that they be carried via channels. Internally-perused 5 mM ADP gradually increased outward currents (IK) 1 min after perfusion of ADP and reached slowly to maximum (150~170％) 5 min later over the positive potential range, implying that ADP might not be acted directly to the channels. IK were decreased by 5 mM ATP without affecting the steady-state component of outward current. In contrast to the effect of ADP and ATP on IK, both effect of ATP and ADP on inward currents (ICa) could not be detected due to the continuous decrease in current amplitudes with time-lapse ("run-down" phenomena). To check if there is a G protein-involved regulation in the ionic current of mouse oocytes, 1 mM GTP was applied to the cytoplasmic side, and the outward current and inward currents were recorded. ICa was promptly increased in the presence of GTP whereas IK was not changed. from these results, it is concluded that the ATP-dependent regulation is likely linked in the ADP-induced increase in the outward current, and G protein-involved cellular signalling might affect ion channels carrying and in mouse oocytes.