Glycogen synthase kinase 3 α/β(GSK3α/β)는 serine/threonine kinase로 Wnt와 insulin은 GSK3α/ β의 활성을 감소시켜 하위에 있는 많은 표적단백질의 활성과 분해를 조절한다. 본 연구에서는 정자 의 성숙과 수정능력획득 과정에서 GSK3α/β의 기능을 규명하고자 하였다. 생쥐 부정소 상피에서 GSK3α/β와 p-GSK3α/β가 발현하였고, 정자의 첨체, 첨체후부(postacrosomal region), 중편(midpiece) 에서 발현하였다. p-GSK3α (Ser21)의 발현은 두부 부정소보다는 미부 부정소 정자에서 높았 다. 부정소에서 Wnt2b, 3a, 10a이 발현하였고, 특히 부정소 두부 상피의 principal cell에 다량으로 발현하였다. 정자성숙에 기여하는 epididymal exosome에서 Wnt2b, 3a, 10a를 확인하였다. 두부 부정 소 정자에 Wnt3a를 처리하면 GSK3α/β의 억제성 인산화의 변화 없이 운동성이 유의하게 증가하였다. 따라서 부정소 두부에서 exosome을 통해 분비된 Wnt가 정자 성숙과정에서 운동성의 증가에 관여 하는 것으로 사료된다. 생쥐와 사람 정자의 수정능획득 과정에서 total phosphotyrosine proteome의 증가와 함께 p-GSK3α(Ser21)가 증가하였다. 특히 두부 부정소보다 미부 부정소 정자에서 p-GSK3α (Ser21)가 높았다. 이는 GSK3α의 억제성인산화가 정자의 운동성에 중요함을 의미한다. 생쥐와 사람 의 정자에서 insulin like growth factors-1(IGF-1)은 GSK3α의 억제성 인산화 및 운동성을 유의적으로 증가시켰다. Protein phosphatase의 억제제인 Calyculin A는 GSK3α의 억제성 인산화 및 운동성을 유의적으로 증가시켰다. 이와는 반대로, AKT inhibitor는 GSK3α의 억제성 인산화 및 운동성을 감소 시켰다. 이는 insulin 수용체 하위에서 PI3/AKT kinase 회로를 경유하여 GSK3α/β의 억제성 인산화가 진행되어 정자의 운동성이 증가하는 것으로 사료된다. 결론적으로 정자의 성숙과정에서 부정소 기원의 Wnt는 정자의 운동성을 촉진하며, 성숙한 정자의 수정능력획득 과정에서 IGF-1등의 성장인자에 의해 GSK3α/β의 억제성 인산화가 촉진되어 정자의 운동성이 증가하는 것으로 사료된다.

Glycogen synthase kinase-3 α/β는 Apoptosis나 cell survival, 성장인자들과 상관된 다양한 신호전달 중요한 효소이다. GSK-3는 GSK-3α와 GSK-3β인 두 개의 isoform이 존재한다. GSK-3의 아미노산 서열에서 tyrosine 214서열의 인산화, GSK-3α에서는 Serine 21번, GSK-3β에선 Serine 9번의 인산화를 통해서 신호전달기능이 조절된다. 일반적으로 GSK-3는 항상 활성화된 상태이며, 이 활성화가 억제되었을 때 신호 전달이 매개된다. 본 연구에서는 8주령의 수컷 생쥐의 정자를 대상으로 하였다. Western blot을 이용하여 GSK-3α/β, p-GSK-3α/β(tyr 214), p-GSK-3α(ser21), p-GSK-3β(ser9)의 발현을 확인하였다. 또한 면역조직화학법을 이용하여 정자 내 발현부위를 확인하였다. 정자 내 GSK-3α/β의 발현 패턴을 분석하기 위해 생쥐의 뇌, 신장, 생쥐 정소 gonocytes 세포주(GC1-SPG)를 비교 분석하였다. 뇌와 GC1-SPG 세포주에서는 GSK-3α/β는 모두 존재하는데 반해 생쥐 정자와 신장에서는 GSK-3α가 dominant하게 발현됨을 확인하였다. 정자의 수정능 획득에 의한 GSK-3α/β의 발현과 인산화의 변화를 알아보는 실험을 하였다. 부정소 미부의 정자를 추출해 배양하지 않은 정자, 수정능이 생기지 않는 Non capacitated Media (NCM)에 배양한 정자, 수정능을 얻게 하는 Human tubal fluid (HTF)에 배양한 정자들을 western blot을 통해 확인하였다. 배양을 한 정자에서 GSK-3α의 serine 억제성 인산화가 증가하였다. GSK-3α/β의 tyrosine 인산화 역시 증가하는 결과를 보였다. Capacitation에 관한 연구에선 PKA pathway가 매우 중요하다. Forskolin의 처리에 따른 Adenylic cyclase 활성화에 의해 GSK-3α/β serine 억제성 인산화가 증가하였으며, 배양을 통한 capacitation을 진행할수록 GSK-3α/β tyrosine 인산화가 증가하였다. 뿐만 아니라 cell-permeant cyclic adenosine monophosphate analog인 8-Br-cAMP(8-Bromoadenosine 3',5'-cyclic monophosphate)와 phosphodiesterase inhibitor인 IBMX (3-isobutyl-1-methylxanthine)를 이용해 세포내 cAMP 레벨을 증가시켜 PKA pathway 활성화하였다. 이 실험에서도 GSK-3α/β tyrosine 인산화, GSK-3α/β serine 억제성 인산화가 증가하였다. PKA 특이적으로 억제하는 H-89 dihydrochloride hydrate를 통해서도 역시 GSK-3의 억제성 인산화가 감소된 것을 볼 수 있었고 전체 적인 정자의 tyrosine 인산화 패턴이 감소된 것을 볼 수 있었다. 생쥐 부정소 정자에서는 GSK-3α가 우세한 것으로 나타났다. 생쥐 뇌와 신장에 비해서 발현양은 적게 발현된다. 이에 따라 생쥐의 정자에서는 GSK-3α의 기능이 중요하다고 사료된다. 생쥐 부정소 두부 보다 미부에서 GSK-3α/β tyrosine 인산화와 GSK-3α serine 억제성 인산화가 증가하였으므로 정자의 운동성과 수정능이 획득될수록 GSK-3α/β 신호 전달이 활성화되는 것으로 사료된다. 이번 연구를 통해 GSK-3α/β는 PKA pathway dependent한 요소로서 기능하며 포유류 정자 내부의 운동성과 수정능에 대한 신호조절 체계 이해에 필요한 것으로 사료된다.