Transgenic pigs are promising donor organisms for xenotransplantation as they share many anatomical and physiological characteristics with humans. Recently, a step has been moved closer to xenotransplantation by producing genetically modified pigs that has no α-1,3-Gal epitope, the major xenoantigens triggering HAR of pig to primate xenografts. Further genetic modifications such as expression of human complementary regulatory proteins, CD39, endothelial protein C receptor, heme-oxygenase 1, thrombomodulin, tissue factor pathway inhibitoras well as modulators of the HLA-E/β-2-microglobulin, and CTLA-4Ig are due to address for further rejection mechanisms and incompatibilities between porcine and primate blood coagulation systems. Although the pig is the favored species for use as a xenograft donor, a detailed description of the transgenic pig development and surgical technique is lacking which seems mandatory to address for broader understanding of this issue.

혈액응고 제 8인자(FVIII)는 혈액 내 존재하는 당단백질의 하나로, 혈액응고의 내인성 기 작에 기능한다. 이러한 FVIII의 결핍은 A형 혈우병을 야기하는 것으로 알려져 있으며, A형 혈우병 환자는 FVIII의 지속적인 주사에 의해 치료되고 있다. 본 연구는 A형 혈우병의 치료 제로써 활용 가능한 B-domain이 변형된 재조합 인간 혈액응고 제 8인자 (dB747)를 유즙으 로 분비하는 형질전환 돼지의 유즙으로부터 크로마토그래피적인 방법으로 dB747의 효율 적 인 정제를 위한 방법을 제공하기 위하여 수행되었다. 연구는 dB747을 유즙으로 발현하는 형질전환 돼지의 유즙을 착유하여 원심분리를 통해 지질과 불순물을 제거하고, 유즙 내 복 합적으로 존재하는 수 많은 단백질을 분획하기 위한 전처리 과정으로써 일반적으로 유즙 단백질을 침전시킨다고 알려진 zinc chloride, calcium chloride와 일반적인 단백질 침전에 널리 이용되는 ammonium sulfate를 농도 별로 처리하여 분획의 정도를 확인하였다. 전처 리 과정을 통해 분획된 유즙을 이용하여 음이온 교환 크로마토그래피, 친화 크로마토그래피 방 법으로 정제하였다. 음이온 교환 크로마토그래피는 혈장 유래의 FVIII을 정제하는데 유리하 다고 알려진 Q sepharose FF 컬럼을 이용하여 대표적인 두 가지 sodium acetate와 sodium citrate buffer의 효과를 비교하였다. 또한, 친화 크로마토그래피는 B-domain이 결여된 재조합 인간 혈액응고 제 8인자(BDDrFVIII)을 정제하는데 이용 가능하다고 알려진 펩타이드 TN8.2와 EYHSWEYC를 리간드로 사용한 컬럼을 제작하여 수행하였다. 그 결과, dB747이 포함된 형질전환 돼지의 유즙을 분획하기 위해서는 ammonium sulfate의 연속적인 처리를 통해 포화도 30%의 상층액을 회수하여 포화도 50%가 되도록 ammonium sulfate를 첨가하 였을 때 생성되는 pellet을 이용하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났다. 효율적인 전처리 과정을 거친 유즙을 이용한 크로마토그래피 결과, 혈장 유래의 FVIII의 정제에 대한 이전의 보고와는 다르게 dB747의 회수율과 순도가 낮았다. EYHSWEYC를 이용한 친화 크로마토 그래피의 경우, 알려진 것과는 다르게 dB747과 결합하지 않는 것으로 확인되었으며, TN8.2 를 이용한 친화 크로마토그래피 역시 dB747를 정제하는데 이용하기 어려웠다. 또한, 크로 마토그래피 용출액 내에 20～40 kDa의 단백질이 나타나는 것을 확인하였으며, 이는 문헌 조사를 통해 카제인으로 유추할 수 있었다. 이러한 결과는 dB747이 B-domain 영역이 변형 되는 과정에서 기존의 FVIII 또는 BDDrFVIII과 단백질의 성질이 달라짐으로써 기존에 알려 진 정제 조건이 알맞지 않기 때문에 회수율과 순도가 낮았던 것으로 사료된다. 따라서 dB747의 성질을 이해하고 최적화된 크로마토그래피 조건을 확립하기 위한 연구가 필요할 것이다. 또한, 카제인과 같은 유즙 단백질이 크로마토그래피 용출액에서 나타나는 것으로 보아, 유즙 단백질은 음이온 교환 크로마토그래피나 친화 크로마토그래피에 의해 제거되지 않음을 확인할 수 있었다. 그러므로 초기 전처리 단계에서 유즙 단백질을 제거하기 위한 방 법의 연구가 유즙 내 목적 단백질을 정제하는데 있어서 중요한 문제가 될 것이다.

본 연구는 핵산가수분해 기능이 있는 항체인 3D8 scFv(single-chain variable fragment) 유전자를 형질전환 닭에서 발현시키고 3D8 scFv 항체의 항-바이러스 기능을 검증하고자 한다. 연구는 in vitro(형질전환 닭유래 세포)와 in vivo(형질전환 닭)로 나누어서 수행하고자 한다. 먼저 닭 태아섬유아세포는 형질전환 닭과 일반 닭을 각각 인공수정을 시킨 후 생산된 10일차 수정란의 태아에서 CEF(Chicken Embryo Fibroblast)를 수집하였다. 3D8 scFv 유전 자가 삽입된 CEF 세포는 항생제(puromycin)를 이용하여 형질전환 세포만을 선발하였다. 그 리고 선발된 CEF 세포는 면역염색을 이용하여 3D8 scFv 유전자가 세포내에서 단백질로 발현됨을 확인하였다. 그리고 선발된 세포들의 항-바이러스 기능 검증은 GFP 유전자로 표 지된 재조합 NDV(Newcastle Disease Virus)를 세포에 직접 감염시키고, 세포내에서 발현 하 는 GFP의 발현량을 FACS를 이용하여 정량하는 방법으로 항-바이러스 기능을 조사하였다. 이들 가운데 항-바이러스 기능이 있을 것으로 예상되는 형질전환 2계통에 대하여 항-바이러스 기능을 검증을 준비하고 있다.

유즙 내에 들어있는 유용 단백질을 분리, 정제하였을 때 예상되는 경제적 가치 때문에 우 리는 유즙 내에 들어있는 재조합 hEPO 단백질을 추출하고 정제하려는 많은 시도를 하고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 유즙 내에 들어있는 target 단백질의 정제가 매우 어렵고, 그 순도 역시 20%에 지나지 않는다. 우리는 hEPO 유전자를 가지고 있으며 유선에서 hEPO를 분비하는 형질전환 돼지를 생산 보유하고 있다. 그러나, 이들 형질전환 돼지들은 체내에 도입된 유전자의 발현에 의해 야기되는 적혈구 과다증 그리고 혈소판 감소증과 같 은 순환기의 문제가 유발되고 있다. 명백하게, 이러한 종류의 혈액학적 변화는 장기의 정상 적인 기능을 방해하며 형질전환 돼지의 갑작스런 죽음을 초래한다. 그러므로, 앞서 언급한 문제점들을 해결하기 위한 alternative한 방법이 필요하다. 현재 연구에서, 우리는 외인성 hEPO를 발현하는 돼지에서 비정상의 생리학적 증후에 관해서 실험하였으며 hEPO를 생산 하기 위한 alternative choice로서 형질전환 돼지 유래 세포의 배양 system을 제안하였다. 5마리의 F6 hEPO 형질전환 돼지와 4마리와 대조군으로 일반돼지(랜드레이스)를 국립축 산과학원 동물바이오공학과에서 사육 도축하고 순환 장기를 채취하였다. 형질전환 돼지 순 환기 조직(유선, 신장, 폐, 비장)을 계대 배양 후 hEPO mRNA의 발현을 RT-PCR 방법으로 분석하였다. 또한, 면역조직화학 염색법을 통해서 hEPO 형질전환돼지 순환 장기조직에서 발현되는 hEPO의 발현 양상을 분석한 결과로서 유선, 신장 및 폐 조직에서 hEPO의 발현 이 확인되었으나, hEPO 발현 양상이 모든 형질전환동물 조직에서 발현되는 경향을 보이지 는 않았다. 한편, 세포면역화학 분석법에서는 형질전환돼지 유래 세포의 배양 시 hEPO가 발현되고 있는 양상을 확인하였다. 또한, 형질전환 돼지와 일반돼지의 세포 증식률과 증식 속도는 신장 세포에서는 빠른 증식을 나타낸 반면, 폐와 비장 세포에서는 느린 증식률이 확 인되었다. 배양 후 지속적인 세포 증식과 세포의 생존성을 분석하기 위하여 Apoptosis를 TUNEL과 Annexin V를 이용한 방법으로 조사한 결과, 형질전환돼지 유래의 세포와 일반돼 지의 세포 사이에 유의적 차이는 발견하지 못했다. 이들의 결과들로서 본 연구에서는 형질 전환돼지를 생산하여 유용 단백질을 이용하고자 할 경우, 목적으로 하는 세포 뿐 만 아니라 형질전환가축 유래의 다양한 세포를 이용 할 수 있는 가능성을 시사하고 있다.

Agrobacterium tumefaciens mediated transformation(ATMT)은 Agrobacterium을 매개로 한 형질전환 방법으로 A. tumefaciens가 기주세포에 자신의 유전자를 삽입하는 특성을 이용한 것이다. 이 방법을 사용하여 팽이버섯의 단핵균주와 이핵균주에 대하여 형질전환변이체를 효율적으로 만들 수 있음을 이전 보고에서 보고한 바 있다. 그러나 이들 변이체의 형태적 변이는 일부 밖에 얻을 수 없었다. 이 것은 단핵균주 변이체의 경우 이핵균주에 비하여 자실체가 잘 형성이 되지 않아 교잡으로 이핵균주를 만들어야 하고, 이핵 균주 변이체의 경우 변이가 상보적인 핵에 감추어져 표현형으로 발현이 힘들었기 때문으로 생각되었다. 따라서 변이균주의 자실체 표현형 분석을 위한 단핵임성 균주 개발이 필요했다. 본 연구에서는 Agrobacterium을 매개로 한 형질전환 방법으로 단핵임성 균주를 육성하기 위하여 새로이 제작된 벡터를 사용하여 상보적인 교배형 유전자를 화합성 단핵균주인 4019-18(KACC 43777)에 형질전환하였다. 교배형 유전자를 포함하는 벡터로는 pGII Carb, pGII Nour가 사용되었고, 그리고 control 벡터 pBGgHg가 사용되었다. pGreenII Carb은 느타리버섯의 promoter와 terminator로부터 carboxin resistance cassette가져 왔고, pGreenII Nour은 치마버섯 GPD promoter와 SC3 terminator 시퀀스로부터 Nourseothricin resistance cassette(nat1 gene from Streptomyces noursei)를 가져 왔다. 이 벡터들은 각각 Carboxin(15㎍/mL), Noureseothricin(20㎍/mL), Hygromycin(30㎍/mL)에 저항성을 가지고 있어 이 항생제들에 의해 selection된다. 교배형 유전자 중 Homeodomain 유전자인 FvHD2-1, FvHD2-2 와 Pheromone receptor FvSTE3.1를 클로닝하여 교배형벡터를 작성하였다. 이 연구를 통해 단핵임성균주를 선발함으로써 유용유전자의 기능을 확인하는데 시간을 단축시킬 것으로 예상한다.

This study was conducted to analyze the transgenic efficiency and sex ratio in -1,3-galactosyltransferase (GalT) knock-out (KO) transgenic pigs according to generation. GalT KO piglets were produced by artificial insemination or natural mating. The transgenic confirmation of GalT KO was evaluated by PCR amplification using specific primers. After electrophoresis, three types of bands were detected such as 2.3 kb single band (Wild), 2.3 and 3.6kb double bands (GalT KO -/+; heterozygote), and 3.6kb single band (GalT KO -/-; homozygote). Transgenic efficiency in F1 generation was 64.5% (23/35) of GalT KO (-/+). In F2 generation, GalT KO transgenic efficiency was 36.4% (21/57, Wild), 47.5% (28/57, GalT KO -/+), and 16.1% (8/57, GalT KO -/-), respectively. Interestingly, no homozygote piglets were born in 6 deliveries among total 11 deliveries, although they were pregnant between male (M) and female (F) heterozygote. In the 5 litters including at least one GalT KO -/- piglet, the transgenic efficiency was 13.3% (2/24, Wild), 51.3% (14/24, GalT KO -/+), and 35.3% (8/24, GalT KO -/-), respectively. The sex ratio of M and F was 40:60 in and 49:51 in generation, respectively. Based on these results, GalT KO transgenic pigs have had a reproductive ability with a normal range of transgenic efficiency and sex ratio.

Trichoderma harzianum 균사체를 Al2O3 입자와 마찰시킴으로써 Agrobacterium을 이용한 형질전환 에 효과적으로 이용할 수 있었다. Hygromycin 저항성 균사체 출현을 비교한 결과 형질전환 효율이 20% 정도로 나타났으며 대조군의 경우 형질전환균사체의 출현은 없었다. 2차례의 연속적인 항생제배지에서 선발을 거친 형질전환균사체들은 PCR에 의하여 안정적 DNA도입이 확인되었으며 RT-PCR에 의하여 target gene의 mRNA발현을 확인할 수 있었다. 현재까지 Agrobacterium을 이용한 T. harzianum 형질 전환은 보고된 바 없다.

Gene manipulation of Siberian wildrye grass through transgenic technology can modify grass feature for further improvement in the forage production. In order to optimize transformation conditions of Siberian wildrye grass, the effects of transformation efficiency was investigated with GUS gene. Seed-derived calli were infected and co-cultured with Agrobacterium tumefaciens carrying the binary vector pCAMBIA3301 encoding the GUS gene in the T-DNA region. The effects of several factors on transformation and the expression of the GUS gene were investigated. The highest transformation efficiency was obtained when embryogenic calli were inoculated with Agrobacterium strain EHA101 in the presence of 200 μM acetosyringone and coculture for 5 days. The present study was framed and materialized to standardize an efficient, high frequency and reproducible genetic transformation protocol for aromatic Siberian wildrye grass using Agrobacterium tumefaciens.

Porcine beta casein promoter를 이용하여 형질전환 동물에서 유선특이적으로 목적 단 백질을 발현시킬 수 있는 pPBC 벡터를 구축하였으며 이 벡터를 이용하여 보다 높은 농 도의 목적 단백질을 발현 시킬 수 있도록 pPBC 벡터 개량을 시도하였다. pPBC 벡터의 5'arm 부위를 5428 bp, 4419 bp, 3378 bp의 길이로 잘라 서로 다른 크기의 5’arm을 갖 게 하였으며 5’arm의 5’ 쪽으로 CMV enhancer를 삽입하였다. 또한, porcine beta casein promoter 조절 하에 hGH(human growth hormone) 유전자를 발현하도록 하는 벡터를 구 축한 후 세포주 및 형질전환 마우스에서 발현 양상을 확인하였다. 개량된 pPBC 벡터를 이용하여 mouse mammary gland epithelial cell line HC11에서 luciferase assay를 통해 각각의 벡터에 대한 활성을 확인한 결과, 5’arm 길이가 가장 짧고 CMV enhancer가 삽입 된 CMV-pPBC p-3378 벡터에서 활성이 가장 높게 나타났다. 이 벡터를 이용하여 hGH 유전자와 mRNA를 안정화시켜 유전자의 발현을 증가시킨다고 알려진 woodchuch hepatitis virus post-transcriptional regulator element (WPRE)를 함께 삽입하여 CMV-pPBC p-3378-hGH-WPRE 벡터를 구축하였다. 이 벡터로 transgenic mice를 생산하여 유선을 포함한 여러 조직으로부터 hGH의 발현을 RT-PCR 방법을 확인하였다. 그 결과 liver와 lung에서는 아주 약하게 hGH가 발현을 하였으나 유선 조직에서 hGH가 가장 많이 발현 하는 것을 볼 수 있었다. 형질전환 마우스 유즙 내의 hGH 발현을 western과 ELISA를 이 용하여 확인한 결과, 유즙 내에는 약 22 kDa의 hGH가 존재 하였으며 ml 당 최고 50 100 ug의 농도로 hGH를 포함하고 있었다. 이러한 결과들은 개량한 pPBC 벡터가 유선특 이적인 발현을 하며, 유선 세포주에서는 높은 활성을 나타냈지만 형질전환 마우스의 유 즙에서는 개량전의 벡터 보다 낮은 수준의 목적 단백질을 생산하여 서로 상이한 결과를 나타내었다. 따라서 앞으로도 유선특이적 발현 벡터인 pPBC 벡터의 개량 연구를 계속 진행할 것이다.

The overexpression of Phosphoprotein Enriched in Astrocytes (PEA15) gene is commonly found in human diabetic patients. The overexpression of this gene in skeletal muscle and fat tissues have been reported to cause insulin resistance, thereby impairing insulin stimulated glucose uptake. We introduced a gene of mouse PEA15 (mPEA15) and enhanced green fluorescent protein (EGFP) into fertilized one cell pig zygotes using microinjection, and produced a piglet that showed overexpression of mPEA15 in the muscle tissues and expression of EGFP in the ear tissues and hooves. RT-PCR RFLP, southern blot and FISH analysis showed that the tissues carried the transgene. Real-time RT-PCR and western blots demonstrated that PEA15 gene was overexpressed in the various tissues and muscle tissues, respectively. These facts suggest that expression vector system is normally expressed in the trnasgenic (TG) pigs. To use as animal diseases model for type 2 diabetes, further study is necessary to confirm whether diabetes occur in these TG pigs, especially insulin resistance.

This study was conducted to investigate the effects of donor cell treatments on the production of transgenic cloned piglets. Ear fibroblast cell obtained from NIH MHC Inbred minipig was used as control. The GalT knock-out/CD46 knock-in (GalT/CD46) transgenic cell lines were established and used as donor cells. The reconstructed GalT/CD46 embryos were surgically transferred into oviduct of naturally cycling surrogate sows (Landrace × Yorkshire) on the second day of standing estrus. Unlike control (1.2 kV/cm,, 75.4%), the fusion rate of the GalT/CD46 donor cells was significantly higher in 1.5 kV/cm, (84.5%) than that of 1.25 kV/cm, (20.2%) (p<0.01). When the number of the transferred embryos were more than 129, the pregnancy and delivery rates were increased to 13/20 (65%) and 5/20 (25%) compared to less than 100 group [1/6 (16.7%) and 0/6 (0%)], respectively. To analyze the effect of donor cell culture condition on pregnancy and delivery rates, the GalT/CD46 donor cells were cultured with DMEM or serum reduced medium. In serum reduced medium group, the pregnancy and delivery rates were improved to 8/12 (66.7%) and 5/12 (41.7%) compared to DMEM group [3/7 (42.9%) and 0/7 (0%)], respectively. In conclusion, it can be postulated that an appropriate fusion condition and culture system is essential factors to increase the efficiency of the production of transgenic cloned piglets.

난지형 사료작물들의 신품종 개발을 위해서는 형질전환기법에 의한 유용 유전자의 도입이 필수적이다. 기니아그라스를 포함하여 높은 조직배양 능력을 가진 3종의 Panicum속 식물을 대상으로 Agrobacterium법을 통한 효율적인 형질전환 체계를 확립하였다. P. meyerianum의 성숙종자 유래 캘러스를 이용하여 acetosyringone과 betaine이 Agrobacterium의 감염에 미치는 영향을 GUS 유전자의 발현 정도를 통해 조사하였다.

Trichoderma spp.는 white biotechnology에서 이용되는 대표적인 미생물로서 이들이 강력하게 분비 생산하는 효소들은 산업적으로 매우 중요하다. 본 연구에서는 amylase, pectinase, cellobiohydrolase 및 xylanase 분비활성이 높은 것으로 밝혀진 Trichoderma sp. KACC 40541균주에 대한 Agrobacterium이용 형질전환을 수행하였으며 균주개량을 위한 효율적인 유전자도입 방법을 제시하였 다. 특히 형질전환을 위하여서는 균사체에 대한 적정 농도의 NaOH처리가 매우 효과적임을 보여주었다.