In the present study, using a MoMLV-based retrovirus vector, we successfully generated a new transgenic chicken line expressing high levels of hEPO. A replication-defective Moloney murine leukemia virus (MoMLV)-based vectors packaged with vesicular stomatitis virus G glycoprotein (VSV-G) was injected beneath the blastoderm of non-incubated chicken embryos (stage X). One rooster was mated to wild-type hens to produce 748 G1 progeny. PCR analysis of blood samples from these progeny revealed that there were seven G1 transgenic offspring, corresponding to a 0.9% germline transmission rate. Subsequently, Southern blot analysis of the genomic DNA from three G1 transgenic chickens was carried out to verify the stable genomic integration and copy number of the transgene in the genome. Quantitative analyses of the blood samples taken from G1 transgenic chickens resulted in 4,150 ～ 10,823 IU/㎖ (34.6 ～ 90.2 ㎍/㎖) of hEPO in the blood. The biological activity of the recombinant hEPO in transgenic chicken serum was comparable to its commercially available counterpart. Red blood cell numbers were more than three-fold higher in the transgenic chickens compared to the non-transgenic chickens. Successful germline transmission of the transgene was also confirmed in G2 transgenic chicks produced from crossing G1 transgenic roosters with non-transgenic hens. We confirmed that 13 transgenic chicks of 45 G2 progeny, corresponding to a 28.9% germline transmission rate. These results will help establish a useful transgenic chicken model system for studies of embryonic development and for efficient production of transgenic chickens as bioreactors. This work was supported by the Bio-industry Technology Development Program, Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, Republic of Korea, and by a grant from the Next-Generation BioGreen 21 Program (No. PJ011178), Rural Development Administration, Republic of Korea.

Human growth hormone (hGH), one of the most important hormones in medicine, is secreted from anterior pituitary gland. Its broad physiological function includes body growth, cell regeneration, increasement of muscle volume, bone density, body fat reduction, and so on. Due to the wide range of therapeutic effects, the hGH produced from E. coli has been commercialized already. In this study, we asked whether it is possible to produce recombinant hGH efficiently from various cultured mammalian cells. To meet this purpose, we chose a retrovirus vector system for transfer and expression of the hGH gene in various mammalian cells. Analyses of RT-PCR, ELISA, and Western blot to determine expression of the hGH gene showed the highest production of the hGH was determined from chicken embronic fibroblast (CEF) cells with the concentration of 8.58 μg/ml. The biological activity of the hGH was similar to the commercially available counterpart. These results suggest that mass production of hGH is possible not only in the E. coli but also in the various mammalian cells.

hFSH is a glycoprotein secreted from anterior pituitary and consists of α and β subunits. Because of its major biological functions including sperm formation in the male and for follicular growth, FSH is used to cure woman's sterility. In this study we tried to produce recombinant hFSH in vitro using a retrovirus expression vector. Two major components of the vector we constructed are: (ⅰ) a DNA fragment containing α and β genes fused by a DNA sequence coding carboxyl terminal peptide (CTP) of human chorionic gonadotropin, (ⅱ) a DNA fragment corresponding woodchuck hepatitis virus posttranscriptional regulatory element (WPRE). Evaluation of expression profile of the recombinant FSH using reverse transcription PCR and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Among three cell lines tested, HeLa cells were the best for hFSH expression (5,395 mIU/ml), then followed by chicken embryonic fibroblast (CEF) cells and Chinese hamster ovary (CHO) cells in the order of hFSH production. In addition to the amount, the FSH produced from HeLa cells was highest in terms of biological activity which was determined by measuring cAMP.

The purpose of this study is to establish a basic culture system enabling in vitro culture of chicken blastodermal cells and to test the feasibility of retrovirus-mediated gene transfer to the cultured cells. The blastodermal cells were isolated from freshly laid eggs of stage X and cultured with or without STO feeder layer cells. Stem cell-like morphology was maintained after multiple passages and RT-PCR analysis proved expression of several stem cell specific genes. Immunocytochemical analysis using antibodies of anti-EMA-1 and anti-SSEA-1 also showed the feature of stem cells. Infection of the cultured blastodermal cells with LNCGW retrovirus vector resulted in successful transfer of foreign genes. The results of this study may be useful in establishing stem cell-mediated transgenic chicken production.

조혈 줄기 세포에의 효과적인 유전자 전달은 유전자 치료의 새로운 가능성을 제시할 수 있다. 레트로바이러스를 이용한 유전자 전달 기술은 많은 기초 연구와 임상 시도가 이루어진 대표적인 바이러스이다. 그러나 현재 사용되고 있는 in vitro에서의 조혈 줄기 세포에의 유전자 도입은 조혈 줄기 세포의 분화 유도, 자기 복제 능력과homing 능력의 저하 등 많은 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로서 마우스의 대퇴골에 직접 레트로바이러스를 이식하는 IBM (Intra-Bone Marrow) 방법을 이용하여 조혈 줄기 세포에의 효과적인 유전자 도입을 시도하였다. IBM 이식 2주 후 마우스의 각 조직을 분석한 결과, 골수뿐 아니라 림파절, 비장, 간장 세포 등에서 유전자가 안정적으로 발현하는 것을 관찰하였다. 또한, 6.4+-2.7%의 골수조직 존재 조혈줄기/전구세포에서 도입된 유전자가 안정적으로 발현하고 있는 사실을 확인하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 IBM 이식 방법을 이용한 생체 조직 내 레트로바이러스의 유전자 도입은 조혈 줄기 세포를 이용한 유전자 치료에 매우 효과적인 방법이라는 사실을 시사해주고 있다.

본 연구에서는 외래 유전자의 지속적인 발현에 의한 형질 전환 개체나 세포의 생리적인 부작용을 최소화하기 위하여 hTPO 유전자의 발현을 조절할 수 있는 tetracycline-inducible retrovirus vector system을 구축하고자 하였다. hTPO 유전자는 사람의 간암세포인 HepG2에서 분리한 RNA를 주형으로 하여 RT-PCR 방법을 이용하여 확보하였으며, 이 유전자를 MLV 유래의 vector에 도입하여 pLNChTPOW를 재조합하였다. 재조합한 vector는 GP2 293 포장세포에 도입하여 바이러스를 생산하였으며, 이 바이러스를 이용하여 감염시킨 여러 표적세포에서 hTPO의 발현을 확인하였다. 또한, hTPO의 발현을 유도적으로 조절할 수 있도록 하기 위하여 hTPO를 one vector 형태의 Tet-On vector system에 도입하였으며, 발현의 유도 조건에서 보다 강한 발현을 위하여 WPRE 서열을 여러 위치에 도입하였다. 구축한 Tet system의 발현 조절 정도는 각 바이러스를 감염시켜서 구축한 CEF와 PFF 세포에서 RT-PCR과 Western blot, 그리고 ELISA 방법을 이용하여 확인하였다. 그 결과, CEF에서는 WPRE 서열이 hTPO 유전자의 3'에 위치한 경우에서, PFF에서는 WPRE가 rtTA의 3'에 위치한 경우의 vector system에서 가장 높은 발현율과 유도율을 나타내었다. 이는 Tet system에서의 hTPO 유전자 발현 조절이 매우 효율적으로 이루어지며, 세포주에 따른 의존적인 조절 양상을 보이는 것을 의미한다. 따라서 hTPO의 대량 생산을 위한 생체 반응기로서의 형질 전환 동물의 개발을 보다 효율적으로 수행하려면 적절한 Tet system이 선별적으로 적용되어야 할 것이다.

최근 돼지의 장기를 사람에게 이식하는 이종간 장기 이식에 관한 연구가 급속히 발전되고 있다. 그러나 돼지의 장기를 이식할 경우 가장 큰 문제점 중의 하나는 돼지 genome 내에 존재하는 내인성 레트로바이러스(porcine endogenous retrovirus; PERV)가 인간에게 그대로 전이될 수 있다는 것이다. 이에 대한 대안으로 최근 활발히 연구되고 있는 RNA 간섭을 통한 PERV RNA의 발현을 최대한 억제하는 방법이 제안되고 있는데, RNA 간섭(RNA interference)은 double- stranded RNA (dsRNA)가 상보적인 표적 mRNA를 분해하여 결과적으로 표적 단백질의 발현을 특이적으로 억제하는 현상을 의미한다. 본 연구에서는 PERV에 대한 RNA 간섭 현상을 일으키는 shRNA 유전자를 레트로바이러스 벡터를 이용하여 돼지세포에 RNA)가 상보적인 표적 mRNA를 분해하여 결과적으로 표적 단백질의 발현을 특이적으로 억제하는 현상을 의미한다. 도입한 후 PERV의 발현율 감소 여부를 조사하였다. 그 결과, gag-pol 유전자와 env 유전자 발현은 각각 대조군 세포의 4%와 10% 정도로 억제되었다. 한편, virus 입자의 생산에서 gag-pol 유전자는 대조군 세포에 비해 300배 이상 억제되었으며, env 유전자에서는 20만 배 이상 억제되었다. 이상의 결과를 미루어 볼 때 형질 전환 돼지를 이용한 이종 장기 이식에 있어서 RNA 간섭 현상을 이용한 PERV의 발현을 억제하는 시도는 생물학적 안전성을 크게 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 인간 부갑상선 호르몬의 발현을 유도적으로 조절할 수 있는 retrovirus vector system을 확립하고자 하였다. 이에 tetracycline계 물질로 발현을 유도적으로 조절할 수 있는 one vector 형태의 Tet-On system을 이용하였으며 WPRE 서열을 도입하여 유도적 조건에서 외래 유전자의 발현을 증가시켰다. 구축한 각각의 표적세포에서 RT-PCR과 ELISA를 이용하여 hPTH 유전자의 발현 정도를 비교 측정한 결과, WPRE가 hPTH의 3' 위치에 도입된 RevTRE-PTH- WPRE-CMVp-rtTA2SM2 virus를 이용하여 유전자를 전이시킨 경우에 hPTH의 발현량이 가장 높은 것으로 나타났고, 또한 유도율도 가장 큰 것으로 확인되었다. 이 system을 이용하여 생산한 고감염가의 virus는 인간의 부갑상선 호르몬을 생산하기 위한 동물세포주의 구축이나 형질전환 동물의 생산에 있어서 매우 효율적인 유전자 전이 수단이 될 것으로 사료된다.

본 연구에서는 retrovirus를 이용한 유전자 전이에 있어서 대두되는 큰 문제점의 하나인 외래 유전자의 지속적인 발현으로 인한 개체의 생리적인 손상을 최소화하기 위하여 tetracycline계 물질의 공급 여부에 따라서 발현을 유도적으로 조절할 수 있는 one vector 형태의 Tet-On system을 구축하고자 하였다. 또한 WPRE 서열을 이 vector 상에 도입하여 유도적 조건에서 외래 유전자의 발현이 보다 강하게 일어날 수 있는 효율적인 retrovirus vector system을 확립하고자 하였다. 구축한 각각의 vector system에서 fluorometry와 western blotting을 이용하여 GFP 유전자의 발현 정도를 비교 측정한 결과, RevTRE-EGFP-WPRE-RSVp-rtTA2SM2 virus를 이용하여 유전자를 전이시킨 표적세포에서 GFP의 절대적인 발현량이 가장 큰 것으로 나타났고, 유전자 발현의 turn on/off에 의한 유도율은 RevTRE-EGFP-RSVp-rtTA2SM2-WPRE virus의 경우에서 8∼21배로 가장 높은 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 외래 유전자의 발현을 효율적으로 조절할 수 있는 vector system은 WPRE가 rtTA2SM2 서열의 3에 위치한 형태로, 이 system을 이용하여 생산한 고감염가의 virus는 유전자 치료나 형질전환 동물의 생산에 있어서 요구되는 외래 유전자의 발현을 효율적으로 조절할 수 있는 수단이 될 것이다.