α1,3-Galactosyltransferase 유전자 위치에 사람 Decay Accelerating Factor와 α1,2-Fucosyltransferase 유전자가 Knock-in된 미니돼지 체세포

Knock-in Somatic Cells of Human Decay Accelerating Factor and α1,2-Fucosyltransferase Gene on the α1,3-Galactosyltransferase Gene Locus of Miniature Pig

동물의 장기를 인간에게 이식하게 되면 초급성거부반응(Hyperacute rejection, HAR)이 일어난다. 초급성거부반응은 면역계의 구성요소 중 보체(complement)에 의해 일어나는 거부반응으로 돼지의 혈관세포 표면에 있는 $Gal{\alpha}$(1,3)Gal 당분자에 인간의 항체가 즉각 반응하기 때문에 일어나며, ${\alpha}1,3$-galactosyltransferase(${\alpha}1,3$-GT) 유전자는 돼지 혈관세포 표면의 $Gal{\alpha}$(1,3)Gal 당분자 생성에 관여한다. 따라서 인간에게 돼지의 장기를 이식하기 위해서는 ${\alpha}1,3$-galactosyltransferase 유전자를 제거하는 것이 필요한 것으로 알려져 있다. 본 연구실의 이전 연구에서, 시카고 미니돼지 귀체세포에서 상동 재조합(Homologous recombination)을 통해 ${\alpha}1,3$-galactosyltransferase 유전자가 제거된 체세포를 개발한 바 있으며, 이 체세포를 통하여 ${\alpha}1,3$-GT 유전자가 제거된 돼지도 생산된 바 있다. 본 연구에서는, human serum 처리 시 돼지 세포를 보호해 준다고 보고되고 있는 human complement regulator인 human Decay-accelerating factor(hDAF)와 human ${\alpha}1,2$-fucosyltransferase(hHT)유전자를 ${\alpha}1,3$-GT 유전자 위치에 gene targeting하여 동시에 hDAF와 hHT가 발현하는 체세포를 개발하였다. Knock-in vector는 hDAF와 hHT 두 유전자가 발현할 수 있도록 IRES로 연결하였으며, ${\alpha}1,3$-GT 유전자의 start codon을 이용하여 발현할 수 있도록 구축하였다. 구축한 vector는 electroporation을 통해 미니 돼지 체세포에 도입하였으며, PCR 결과, ${\alpha}1,3$-GT 유전자 위치에서 상동 재조합이 일어났음을 확인하였다. Positive-negative 선별 방법을 통해 얻은 gene targeting 된 체세포는 RT-PCR에 의해 hDAF와 hHT 유전자의 발현이 확인되었으며, 대조군(NIH minipig)에 비해 ${\alpha}1,3$-GT 유전자의 발현이 감소하였다. 또한 이들 세포에 100% human complement serum을 처리하였을 때 knock-in 세포가 대조군에 비해 30% 정도 더 높은 생존율을 보였다. 따라서 개발된 체세포는 이종간 장기이식을 위한 돼지 생산과 함께 이를 이용한 이종간의 장기 이식 시 초급성 거부반응을 억제하는 데 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

Galactose-${\alpha}1,3$-galactose (${\alpha}1,3$-Gal) epitope is synthesized at a high concentration on the surface of pig cells by ${\alpha}1,3$-galactosyltransferase gene (GGTA1). The ${\alpha}1,3$-Gal is responsible for hyperacute rejection in pig-to-human xenotransplantation. The generation of transgenic pigs as organ donors for humans is necessary to eliminate the GGTA1 gene that synthesize $Gal{\alpha}$(1,3)Gal. To prevent hyperacute graft rejection in pig-to-human xenotransplantation, previously, we developed ${\alpha}1,3$-galactosyltransferase gene-knock-out somatic cell by homologous recombination. In this study, we established cell lines of ${\alpha}1,3$-GT knock-out expressing hDAF and hHT gene from minipig fibroblasts to apply somatic cell nuclear transfer. The hDAF and hHT mRNA were expressed in the knock-in somatic cells and ${\alpha}1,3$-GT mRNA was suppressed. However, the knock-in somatic cells were increased resistance to human serum-mediated cytolysis.