혈액 정소 장벽은 정소내에 있는 세정관과 Sertoli cell 사이에 존재하는 물리적 장벽이고, 혈액 부정소 장벽은 부정소 내의 상피세포간의 밀착결합에 의한 장벽이다. 이러한 혈액 정소 장벽과 혈액 부정소 장벽은 내강과 외부 사이의 물질수송에 관여하는 역할을 한다. 정소와 부정소에서는 정자의 형성과 성숙이 일어나기 때문에 이러한 장벽을 통한 물질수송의 조절은 정자의 형성과 성숙에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Lipopolysaccharide(LPS)를 투여하여 전신성 염증반응을 일으킴으로서 염증반응에 의한 혈액정소장벽과 혈액부정소장벽의 분자적인 변화와 확산장벽기능의 변화를 조사하였다. 생후 8주령 생쥐에 LPS와 식염수를 각각 투여 후 24시간 뒤 정소 및 부정소를 적출하여 무게측정 뒤 정량적 realtime RT-PCR 방법을 통해 혈액정소장벽과 혈액부정소 장벽 현성에 관여하는 밀착결합 유전자(CAR, Claudins, JAMs, Occludin, Tricellulin, ZO-1) mRNA와 단백질 발현을 분석하였다. 실험군과 대조군에서 적출한 정소와 부정소의 무게를 측정하여 평균을 낸 결과, 무게가 유의적으로 증가하였다. 염증반응의 여부를 확인하기 위하여 TNF-α, IL-1β, IL-5, IL-18의 mRNA를 realtime RT-PCR로 분석한 결과, TNF-α와 IL-5의 발현이 유의적으로 증가하였다. 정소에서 밀착결합 유전자의 realtime RT-PCR 결과, Cldn 1, 2, 4 mRNA의 발현은 대조군보다 LPS를 복강주사한 실험군에서 유의적으로 증가하였다. JAM3 mRNA 발현은 유의적으로 증가하였고, Occludin과 ZO-1 mRNA 발현은 큰 차이를 보이지 않았다. CAR의 경우, isoform 중 Exon 7번이 마지막인 long form의 mRNA 발현이 유의적으로 증가하였고, Tricellulin의 경우, isoform 중 long form과 mid form의 mRNA 발현이 유의적으로 증가하였다. 부정소에서는 Claudin 유전자와 JAM 유전자중 대부분이 증가하는 양상을 띄었고, 그 중 Cldn5와 JAM2에서 유의적인 증가를 보였다. 부위별로 나눠 유전자 발현을 분석한 결과, 차이를 나타내는 유전자도 있었다. Cldn5 mRNA의 발현은 전체적으로는 유의적으로 증가했으나 부정소 미부에서는 유의적으로 감소하였다. LPS투여군이 대조군보다 밀착결합 유전자 대부분에서 증가하는 양상을 나타내었고 일부는 유의적으로 증가하였다. 면역조직화학법으로 염색한 결과, Cldn1, 4, JAM3, Tricellulin의 경우 발색정도가 증가하였고, CAR의 경우 감소하였다. Biotin tracer를 통해 BTB의 투과성을 확인해본 결과, 대조군에서는 BTB에 막혀서 Sertoli cell 사이로 통과하지 못하였으나, LPS를 투여한 군에서는 BTB를 통과하여 감수분열 중인 정모세포 부근까지 확산되었다. 따라서 정소와 부정소에서 염증반응이 일어나게 되면 혈액정소장벽과 혈액부정 소장벽을 형성하는 밀착결합의 분자적 구조 변화를 초래하고, 이는 확산장벽의 변화시킴으로서 정자 형성과 성숙에 영향을 주어 남성 생식기능에 영향을 미칠 것으로 예측된다.

정소 내 생식세포 분화가 이루어지는 세정관과 혈관 사이에 존재하는 blood-testis barrier (BTB)는 다양한 밀착결합(tight junction) 단백질로 이루어져 있다. Claudin-11은 이러한 밀착결합을 구성하는 단백질 중 하나로 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 토끼(domestic rabbit; Oryctolagus cuniculus domesticus), 꿩(pheasant; Phasianus colchicus), 자라(soft shelled turtle; Pelodiscus sinensis)의 정소에서 claudin-11의 발현을 관찰하고, 성적 성숙 또는 번식기에 따른 변화를 확인하고자 하였다. 이를 위해 각 동물의 claudin-11 partial cDNA 염기서열을 확보하고 이를 통해 RT-PCR을 수행하였다. 또한 정소 조직 내에서 claudin-11 발현 부위를 확인하기 위해 면역염색을 시행하였으며, western bolt을 통해 단백질발현을 확인하였다. 토끼와 꿩의 정소에서 claudin-11은 성적으로 성숙한 이후에, 자라의 경우 생식세포의 분화가 활발히 일어나는 비번식기에 mRNA 발현량의 급격히 증가하였으며, 이는 단백질의 발현량과 일치하는 것을 확인하였다. 성적 성숙이 일어나지 않은 토끼와 꿩 및 번식기 자라의 정소내에서 claudin-11 발현은 주로 Sertoli cells 및 그 사이에서 확인되었다. 그러나 생식세포 분화가 활발한 시기의 세정관 내에서 claudin-11은 Sertoli cells 및 그 사이 뿐만 아니라 Sertoli cell이 spermatogonia와 접하는 바닥면에 물결형태로 분포하는 것이 확인되었다. 이는 포유류뿐만 아니라 조류에서도 claudin-11이 생식세포 분화를 진행하는 세정관 내에서 BTB를 구성하고 있음을 의미한다. 또한, 계절에 따라 생식세포 군집의 변화를 보이는 자라의 정소에서 생식세포 분화가 활발한 시기에 claudin-11이 BTB 구성에 참여하는 것이 확인되었다. 꿩의 정소 및 정소(organ culture)에서 분리해 낸 Sertoli cells(primary culture)를 이용한 실험에서 testosterone 처리에 따라 claudin-11 mRNA가 증가하는 것이 확인되었으며, 자라의 호르몬을 분석한 결과, 세정관내 생식세포 분화가 활발한 시기에 testosterone 농도가 높아지는 것을 확인하였다. 이는 claudin-11이 남성호르몬의 조절을 받으며, 생식세포의 분화가 활발한 시기의 높은 농도의 남성호르몬은 세정관내부 환경을 독립적으로 유지할 수 있도록 claudin-11이 포함된 BTB를 발달시키는 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 현재까지 잘 알려져 있지 않은 조류와 파충류 정소에서의 claudin-11 발현을 확인하였으며, 정소 내 고유환경 조성에 참여하는 것은 claudin-11이 진화선상에서 갖는 공통된 기능임을 확인하였다.

Prostaglandin D2 (PGD2)는 배아의 성결정 단계에서 Sertoli cell 분화의 주요인자인 SOX9의 발현을 촉진한다. PGD2는 Prostaglandin D synthase (PGDS)에 의해 Prostaglandin H2 (PGH2)가 이성화되어 만들어진다. PGDS는 스테로이드 생성 관련 유전자인 3β-HSDⅥ, 17β-HSDⅢ와 함께 Leydig cell에서 사춘기 이후 발현되는 것으로 알려져 있으며, lipocalin-type PGDS (L-PGDS)와 hematopoietic PGDS (hPGDS)가 있는 것으로 알려져 있다. L-PGDS는 수컷특이적인 효소로 알려져 있으나, hPGDS는 수컷의 생식소에서는 그 기능이 알려져 있지 않다. 또한, L-PGDS는 여러 조직에서 estrogen에 의해 조절된다고 알려져 있으나, 정소에서는 정확한 조절양상이 알려져 있지 않다. 본 연구는 정소내에서 정자형성 및 스테로이드 생성과정에서 두 가지 형태의 PGDS에서 생성된 각각의 PGD2의 역할을 규명하기 위한 일환으로 생쥐 정소 발생과 성숙단계에 따른 PGDS와 PGD receptor 및 GPR44의 발현을 조사하였으며, estrogen에 의한 PGD2 system의 조절양상을 규명하기 위해 ERα KO와 WT 생쥐에서의 L-PGDS, hPGDS, PGD receptor, GPR44의 발현을 조사하였다. 생후 1, 7, 14, 28, 56일령 생쥐 정소 및 ERα KO와 WT 생쥐 정소로부터 total RNA를 추출하여 정량적 RT-PCR법으로 L-PGDS, hPGDS, PGDR, GPR44의 mRNA 발현을 분석하였고, 정소 파라핀 절편에서 면역조직화학방법으로 L-PGDS, hPGDS, PGDR, GPR44의 단백질 발현을 분석하였다. ERα KO와 WT생쥐 정소 파라핀 절편에서 면역조직화학법을 통해 L-PGDS의 단백질 발현 정도를 분석하였다. 생쥐 정소에서 hPGDS, L-PGDS, GPR44, PGDR의 mRNA 모두 사춘기(생후 28일)이후 발현이 유의적으로 증가하였다. GPR44와 PGDR의 mRNA는 사춘기 이전에는 거의 발현되지 않았다. 하지만 L-PGDS의 경우는 생후 7일, 14일에 비해 생후 1일에서 높은 mRNA 발현량을 보였다. ERα KO와 WT 생쥐 정소 mRNA의 경우 hPGDS와 PGR에서는 차이를 보이지 않았으나 L-PGDS와 GPR44에서는 WT 생쥐보다 ERα KO 생쥐에서 낮은 발현량을 보였다. 면역조직화학법 결과, L-PGDS와 hPGDS는 생후 1일의 fetal Leydig cell에서 주로 발현하였으며, 사춘기 이후 adult Leydig cell에서 발현하였다. GPR44는 Sertoli cell에서 발현되며, 신생기에는 Spermatogonia에, 사춘기에는 elongating spermatid와 round spermatid에, 성체기에는 Leydig cell에서도 발현된다. PGDR은 생후 1일에서 Sertoli cell에서 발현되고, 사춘기와 성체기의 Sertoli cell과 Leydig cell에서 발현된다. 그리고 ERα KO 생쥐에서 L-PGDS는 WT 생쥐보다 낮은 단백질 발현량을 보였다. L-PGDS와 hPGDS는 fetal 및 adult Leydig cell에서 발현되므로 PGD2는 Leydig cell에서 발현되는 PGDR을 통해 Leydig cell의 분화 및 스테로이드 형성과정에 관여하는 것으로 사료된다. 또한 PGD2는 Sertoli cell과 germ cell에서 발현되는 GPR44를 통해 정자형성과정에 관여하는 것으로 사료된다. 그리고 estrogen에 의해 L-PGDS와 GPR44의 mRNA가 발현량이 증가하는 방향으로 조절되고, 그로 인한 단백질 발현 또한 증가하는 방향으로 조절되는 것으로 사료된다.

성장호르몬 치료는 성장호르몬 결핍증, 터너증후군, 만성 신부전증, 프라더 월리 증후군 등으로 인해 성장장애가 온 아동인 경우 수행되지만 성장호르몬의 과다 투여로 인한 부작용에 대해서는 여전히 논란의 여지가 많은 상황이다. 본 연구에서는 유아기 성장호르몬의 노출이 사춘기 시기의 성성숙 및 생식 내분비계에 미치는 영향에 대하여 알아보고자 하였다. PND21부터 PND28까지 1주일간 각각 10마리의 수컷 SD rat에 Growth hormone (rhGH) 1, 2 IU/kg/day를 피하주사하였다. 대조군 (10마리)으로는 식염수 0.1ml을 투여하였으며, 체중 변화를 매일 0.1g 단위로 측정하며 기록하였다. 사춘기 도래시기의 변화를 분석하기 위하여 음경꺼풀분리 (preputial separation) 일자를 기록하였으며, 사춘기 (PND28) 시기의 주요 생식기관의 중량변화 및 조직학적 변화를 분석하였다. 시상하부에서 사춘기 조절에 관여하는 kiss1 및 GnRH의 발현 변화를 확인하였고, 혈중 testosterone 농도 및 정소에서 스테로이드호르몬 분비에 관여하는 유전자들의 발현 변화를 확인하였다. 정소조직 내 Leydig cell의 면적 및 세포수를 이미지 분석 시스템을 이용해 분석하였다. 모든 GH 처리군에서 유의적인 체중 증가가 나타났으며, 2IU 처리군에서 음경꺼풀이 대조군에 비해 조기에 분리되었다. GH 2IU/kg 처리군에서 정소와 부정소, 정낭샘 및 음경꺼풀샘의 중량이 유의적으로 증가하였고, 시상하부에서 kiss1 및 GnRH의 발현이 유의적으로 감소하였다. 혈중 testosterone의 농도가 2IU 처리군에서 유의적으로 증가하였으며, 정소에서 스테로이드 호르몬 합성 유전자인 17β-HSD, SF-1발현이 증가하였다. GH 처리군에서 Leydig cell의 면적과 세포수가 유의적으로 증가하였다. 성장호르몬에 노출될 경우 개체의 성장 및 기관 발달이 촉진되지만, 과다 노출될 경우 steroid의 합성과 분비조절 기능의 변형이 예상되며, 사춘기 조기 도래를 유발할 가능성이 있는 것으로 사료된다.