We have previously produced transgenic (TG) mice expressing the human lactoferrin (hLF), interleukin-10 (hIL-10), and thrombopoietin (hTPO) proteins in the milk. In this study, we examined whether simple crossbreeding between two kids of a single transgenic mouse can produce double transgenics co-expressing two human proteins.. The hLF male, and the hIL-10 male were crossbred with the hIL-10 and hTPO females, and the hTPO female, respectively. PCR analysis for genotyping showed 32%, 23% and 24% double transgenic rates for hLF/hIL-10, hLF/hTPO, and hIL-10/hTPO transgenes, respectively. We analyzed the expression levels of the human proteins from double transgenic mice and compared those with their single transgenic siblings. All double transgenic co-expressed two human proteins at comparable levels to singles', unless hTPO was not co-expressed: for hLF, 1.1 mg/ml in hLF/hIL-10, whereas 0.5 mg/ml in hLF/hTPO; for hIL-10, 4.1 mg/ml in hIL-10/hLF, whereas 1.4 mg/ml in hIL-10/hTPO. Ihe downregulation of hTPO to half level of singles' was observed in double transgenic mice. The possible reason why hTPO co-expressed might lead to down-regulation of another human protein was discussed. These results suggested that double transgenic generated by crossbreeding between two singles' could be useful system for bioreactor.

Most studies on transgenic bioreactors have focused on expression levels of interest genes. In this study we examined whether transgenic bioreactors would inherit expression level of the Oansgene to long-term generations independently of transgene sources. We employed three transgenic mice, which were separately reported, carrying different transgenes and copy numbers, 27 kb of hLF and 22 kb of hIL-10 genomic sequences, and 1.3 kb of hTPO cDNA, respectively. Three females of the transgenic lineages crossbred with a wild-type male up to 20 generations to test transgenic frequencies of their progenies and to determine expression levels of the transgenes. Ultimately, transmission rates of kLF, hIL-10, and hTPO were 64.3+-7.0, 59.3+-9.8, and 56.1+-9.7, respectively, appeared following Mendelian pattern of inheritance. Notably, we found that levels of expressions of hLF, hIL-10, and hTPO in milk were sustained to high numbers of generations. No transgene silencing of expression was observed in every generations of all transgenic mice. In conclusion, we suggest that once established animal bioreactors could consistently transmit the transgene to continual generations, without loss of expressional activity, independently of transgene sources.

본 연구는 소 배반포의 내부 세포괴로부터 다능성(pluripotency)을 지닌 배아 줄기 세포(embryonic stem cell) 또는 그 유사 세포를 분리 및 배양함으로써 줄기 세포 관련 분야의 기반 기술을 확립하고자 하였다. 소 체외수정란을 10～12일간 체외배양하여 생산된 부화 배반포를 세포분열이 불활성화된 생쥐 태아 섬유아 세포(mouse embryonic fibroblast, MEF) 위에서 배양하여 콜로니 형성을 유도하였으며, 이들로부터 내부 세포괴 유래의 형태를 지닌 것만을 광학현미경 하에서 물리적으로 분리하여 약 5～7일 간격으로 계대배양을 실시하였다. 이러한 방법을 통하여 배아 줄기 유사 세포의 특성을 40계대 이상 유지하는 2개의 세포주를 확립하였다. 각각의 세포주들은 높은 alkaline phosphatase(AP) 활성을 지니고 있었으며, 형광 면역 염색법과 PCR 기법을 사용하여 Oct-4, Nanog, STAT3, SSEA3 및 SSEA4의 발현을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때 ,본 연구에서는 소 배반포로부터 배아 줄기 세포주를 확립하는 제반 기술이 확립되었다고 판단되며, 향후 관련 분야 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 소의 초기 난할 단계인 2 또는 4세포기 수정란의 특정 분할구가 배반포 단계의 내부 세포괴(Inner Cell Mass) 와 영양막 세포(Trophectoderm cells)로의 발달 운명이 미리 정해지는 지를 확인하기 위해 실시되었다. 먼저 생쥐의 체내 수정란과 소의 체외 수정란에서 배반포의 영양막 세포에서만 특이적으로 발현하는 cdx2 단백질의 발현 양상을 조사하였다. 또한, 소의 경우 2세포기와 4세포기가 내부 세포괴와 영양막 세포로 나눠지는 시점인지를 조사하기 위해 2 또는 4세포기의 특정 분할구에Dextran의 주입 실험과 분할구 제거 실험을 통해 ICM과 TE 형성을 확인하였다. cdx2의 발현 경향은 생쥐와 소의 2세포기일 때 대칭과 비대칭적으로 발현되는 것을 확인하였다. 생쥐의 4, 8세포기 및 상실배기에서는 분할구 전체에서 발현되었으나, 소 수정란의 분할구에서는 전체 또는 부분적으로 발현되었다. 또한, 생쥐와 소의 배반포기에서는 영양막 세포에서만 발현이 되는 것을 확인하였다. 소 수정란의 2세포기와 4세포기 단계에서 특정 분할구에 주입된 Dextran은 배반포의 내부 세포괴와 영양막 세포의 양쪽에 분포된 것을 관찰할 수 있었다. 2세포기 단계에서 하나의 분할구가 제거된 수정란 역시 ICM 및 TE 세포를 지닌 정상 배반포로 발달함을 확인하였다. 따라서 본 연구 결과는 영양막 세포에서만 특이적으로 발현하는 cdx2의 발현이 2 또는 4세포기 단계 소 수정란에서는 특별한 차이를 보이지 않으며, 궁극적으로 난할 초기에는 ICM과 TE 세포로의 운명이 결정되지 않는다는 것을 보여준다.

Major characteristics of embryonic stem cells (ESCs) are sustaining of stemness and pluripotency by self-renewal. In this report, transcriptional profiles of the molecules in the developmentally important signaling pathways including Wnt, BMP4, TGF-β, RTK, Hh, Notch, and JAK/STAT signaling pathways were investigated to understand the self- renewal of mouse ESCs (mESCs), J1 line, and compared with the NIH3T3 cell line and mouse embryonic fibroblast (MEF) cells as controls. In the Wnt signaling pathway, the expression of Wnt3 was seen widely in mESCs, suggesting that the ligand may be an important regulator for self-renewal in mESCs. In the Hh signaling pathway, the expression of Gli and N-myc were observed extensively in mESCs, whereas the expression levels of in a Shh was low, suggesting that intracellular molecules may be essential for the self-renewal of mESCs. IGF-I, IGF-II, IGF-IR and IGF-IIR of RTK signaling showed a lower expression in mESCs, these molecules related to embryo development may be restrained in mESCs. The expression levels of the Delta and HES5 in Notch signaling were enriched in mESCs. The expression of the molecules related to BMP and JAK-STAT signaling pathways were similar or at a slightly lower level in mESCs compared to those in MEF and NIH3T3 cells. It is suggested that the observed differences in gene expression profiles among the signaling pathways may contribute to the self-renewal and differentiation of mESCs in a signaling-specific manner.