Abstract
Smad proteins mediate transforming growth $factor(TGF)-{\beta}$ signaling and play a pivotal role in embryonic development. The estrogen receptor-related receptors(ERRs), which are structurally similar to estrogen receptors, are members of orphan nuclear receptor in the nuclear receptor superfamily and their functions are known to be involved in the formation of extra-embryonic ectoderm. To investigate the involvement of Smad3 and $ERR{\beta}$ like 1 in reproductive activities and embryogenesis in marine invertebrate, we examined gene expression of Smad3 and $ERR{\beta}$ like 1 in Strongylocentrotus nudus during their seasonal changes and embryonic development using real-time polymerase chain reaction. The Smad3 mRNA levels in gonad showed an increasing pattern from February to June 2004 but decreased at August(spawning season) followed by an elevation of the levels at October and December 2004. The mRNA levels of the $ERR{\beta}$ like 1 significantly elevated during the spawning season. During embryonic development, Smad3 mRNA levels at $8{\sim}16$ cell stages were significantly higher than those of other stages, whereas the mRNA of the $ERR{\beta}$ like 1 was significantly high levels at late development stages, i.e., blastular, gastrula and plutei stages. These results suggest that the Smad3 could be involved at least in part in the early cleavage stages and the $ERR{\beta}$ like 1 may play an important role in the spawning season and late developmental stage in the sea urchin.
Transforming growth $factor-{\beta}(TGF-{\beta})$ 신호의 매개자 역할을 하는 Smad 계열 단백질은 발생과정에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. Estrogen receptor(ER)와 구조적으로 유사한 estrogen receptor-related receptor(ERR)은 포유동물에서 후기 배발생기에 외배엽 형성과 관련이 되어 있는 고아핵수용체이다. 본 연구에서는 해양무척추동물의 초기발생과정과 계절번식기 동안에 Smad3와 ERR의 유전자 발현이 발생과정과 성숙에 어떠한 연관성을 갖고 있는지 알아보기 위하여, 동해안 연안에 주로 서식하는 극피동물문 둥근성게과 둥근성게(Strongylocentrotus nudus)를 재료로 하여 계절별 및 배발생 과정중에 Smad3와 $ERR{\beta}$ like 1의 mRNA 농도를 real-time PCR 방법으로 조사하였다. Smad3 mRNA는 샘플링을 시작한 2004년 2월의 생식소와 비교하면 4월부터 그 농도가 증가하기 시작하여 6월까지 증가하였으며, 산란기인 8월에 감소하였다가 10월부터 12월까지 높은 수준을 유지하였다. $ERR{\beta}$ like 1 mRNA는 6월까지 낮은 수준이었으나, 산란기인 8월에 급증한 후 다시 감소하였다. 수정란부터 초기 유생기까지 발생과정을 분석한 결과, Smad3 mRNA는 8세포기 및 16세포기에 높은 발현이 관측되었다. 한편, $ERR{\beta}$ like 1 mRNA는 포배기, 낭배기, 초기 유생기에 현저하게 높은 발현패턴을 보였다. 이상의 결과로부터 둥근성게의 산란기 및 발생배의 발생후기에 $ERR{\beta}$ like 1이 중요한 역할을 담당할 것으로 추정되며, 초기 난할시기에는 Smad3의 관련성이 시사되었다.
(Department of Marine Bioscience and Technology, Kangnung National University Graduate School)