The production of therapeutic proteins from transgenic animals is one of the most important successes of animal biotechnology. Endostatin is 20 KDa C-terminal fragment derived from type XVIII collagen and an endogenous inhibitor of tumor growth by inhibition of angiogenesis. In this study, we are developed knock-in vector consists of 5’ arm region (1.02 kb), human Endostatin cDNA, CMV-EGFP, and 3’ arm region (1.83 kb). To express Endostatin gene as transgene, the F2A sequence was fused to the 5’ terminal of Endostatin gene and inserted into exon 3 of the β -casein gene. If this knock-in vector is inserted into the porcine β-casein gene locus by homologous recombination, human Endostatin mRNA are expressed using the gene regulatory region of the β-casein. Also, the β-casein and Endostatin fusion protein is translated and Endostatin protein is separated by F2A self cleavage during translation. In conclusion, our knock-in vector may help to create transgenic pig expressing human Endostatin protein via the endogenous expression system of the porcine β-casein gene in the mammary gland.

본 연구는 돼지 B-casein 유전자 위치에서 EGFP가 발현될 수 있는 knock-in 벡터를 구축하기 위하여 실시되었다. 돼지의 B-casein 유전자를 이용하여 knock-in 벡터를 구축하기 위해 돼지의 태아 섬유아세포로부터 B-casein 유전자를 동정하였고 EGFP, SV4O polyA signal을 동정하였다. Knock-in 벡터는 5' 상동 영역 약 5 kb와 3' 상동 영역 약 2.7 kb로 구성되어있으며, positive selection marker로 neor 유전자를, negative selection marker로 DT-A 유전자를 사용하였다. 구축된 knock-in 벡터로부터 EGFP의 발현을 확인하기 위하여 생쥐 유선 세포인 HC11 세포에 knock-in 벡터를 도입하였다. 그 결과 EGFP의 발현을 HC11 세포에서 확인하였다. 이와 같은 결과로서 이 block-in 벡터는 knock-in 형질전환 돼지를 생산하는데 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

형질 전환 동물 생산에는 조직 및 시기 특이적 발현 조절이 가능하다는 장점 때문에 유즙 내로 외부 유전자를 발현시키는 시스템이 널리 이용되고 있다. 유전자 발현 즉, 단백질 생산은 프로모터의 강도뿐만 아니라 mRNA의 안정성에 의해서도 조절된다. 특히, polyadenylation에 의한 poly A의 길이는 in vivo와 올 in vitro에서 mRNA 안정성 및 목적 유전자의 번역효율에 영향을 준다. 본 연구에서는 이러한 mRNA 안정성이 목적 유전자의 발현에 미치는 영향을 알아보기 위해 3'-UTR 염기 서열을 분석하였다. 이 3'-untranslated region(UTR) 내의 poly A signal을 기준으로 putative cytoplasmic polyadenylation element(CPE) 부위와 downstream elements(DSE: U-rich, G-rich, GU-rich)의 염기 서열을 분석하고, 각각의 element를 기준으로 15 종의 luciferase reporter vector를 제작하여, 생쥐 유선 세포주(HC11)와 돼지 유선 세포주(PMGC)에 각각 transfection시킨 후 48시간 동안 배양하고 luciferase 발현량을 분석하였다. PMGC의 경우, luciferase의 발현은 exon 9의 CPE 2,3 및 DSE 1을 포함한 #6 construct에서 유의적으로 높은 발현량을 보였으며, exon 9의 CPE 2, 3과 DSE를 모두 포함하고 있는 #11 construct에서도 유의적으로 높은 발현량을 보였다. 이러한 결과는 형질 전환 돼지 생산에 있어 #6 및 11 construct의 사용은 목적의 유전자를 효과적으로 발현시키는데 기여할 것으로 사료된다.

We developed a novel dicistronic system for the expression of target cDNA sequences in the milk of transgenic animals using goat beta-casein/hGH fusion construct, pGbc5.5hGH (Lee, 2006) and internal ribosome entry site (IRES) sequences of encephalomyocarditis virus (EMCV). Granulocyte colony-stimulating factor (hG-CSF) cDNA was linked to 3' untranslated region of hGH gene in the pGbc5.5hGH via EMCV IRES sequences. Transgenic mice were generated by microinjection and transgene expression was examined in the milk and mammary gland of transgenic mice at 10 days of lactation. Northern blot analysis showed that hGH gene and hG-CSF cDNA were transcribed as a single dicistronic mRNA. The hG-CSF and hGH proteins were independently translated from the dicistronic mRNA and secreted into the milk of transgenic mice. The highest concentration of hG-CSF and hGH in the milk of transgenic mice were and , respectively. In contrast, another hG-CSF expression cassette, in which hG-CSF genomic sequences were inserted into a commercial milk-specific expression vector (pBC1), generated a lower level () of hG-CSF expression in the milk of transgenic mice. These results demonstrated that the novel pGbc5.5hGH-based dicistronic construct could be useful for an efficient cDNA expression in the milk of transgenic animals.