Effects of Recipient Oocytes and Electric Stimulation Condition on In Vitro Development of Cloned Embryos after Interspecies Nuclear Transfer with Caprine Somatic Cell

This study was conducted to investigate the developmental ability of caprine embryos after somatic cell interspecies nuclear transfer. Recipient bovine and porcine oocytes were obtained from slaughterhouse and were matured in vitro according to established protocols. Donor cells were obtained from an ear-skin biopsy of a caprine, digested with 0.25% trypsin-EDTA in PBS and primary fibroblast cultures were established in TCM-199 with 10% FBS. The matured oocytes were dipped in D-PBS plus 10% FBS ＋ 7.5 $\mu$ g/ml cytochalasin B and 0.05M sucrose. Enucleation were accomplished by aspirating the first polar body and partial cytoplasm which containing metaphase II chromosomes using a micropipette with an out diameter of 20∼30 $\mu$m. A Single donor cell was individually transferred into the perivitelline space of each enucleated oocyte. The reconstructed oocytes were electric fusion with 0.3M mannitol fusion medium. After the electrofusion, embryos were activated by electric stimulation. Interspecies nuclear transfer embryos with bovine cytoplasts were cultured in TCM-199 medium supplemented with 10% FBS including bovine oviduct epithelial cells for 7∼9 day. And porcine cytoplasts were cultured in NCSU-23 medium supplemented with 10% FBS for 6 ∼8 day at $39^{\circ}C, 5% CO_2 $in air. Interspecies nuclear transfer by recipient bovine oocytes were fused with electric length 1.95 kv/cm and 2.10 kv/cm. There was no significant difference between two electric length in fusion rate(47.7 and 44.6%) and in cleavage rate(41.9 and 54.5%). Using electric length 1.95 kv/cm and 2.10 kv/cm in caprine-porcine NT oocytes, there was also no significant difference between two treatments in fusion rate(51.3 and 46.1%) and in cleavage rate(75.0 and 84.9%). The caprine-bovine NT oocytes fusion rate was lower(P＜0.05) in 1 pulse for 60 $\mu$sec(19.3%), than those from 1 pulse for 30 $\mu$sec(50.8%) and 2 pulse for 30 $\mu$sec(31.0%). The cleavage rate was higher(P＜0.05) in 1 pulse for 30 $\mu$sec(53.3%) and 2 pulse for 30 $\mu$sec(50.0%), than in 1 pulse for 60 $\mu$sec(18.2%). The caprine-porcine NT oocytes fusion rate was 48.1% in 1 pulse for 30 $\mu$sec, 45.2% in 2 pulse for 30 $\mu$sec and 48.6% in 1 pulse for 60 $\mu$sec. The cleavage rate was higher(P＜0.05) in 1 pulse for 30 $\mu$sec(78.4%) and 1 pulse for 60 $\mu$sec(79.4%), than in 2 pulse for 30 $\mu$sec(53.6%). In caprine-bovine NT embryos, the developmental rate of morula and blastocyst stage embryos were 22.6% in interspecies nuclear transfer and 30.6% in parthenotes, which was no significant differed. The developmental rate of morula and blastocyst stage embryos with caprine-porcine NT embryos were lower(P＜0.05) in interspecies nuclear transfer(5.1%) than parthenotes(37.4%).

수핵난자와 전기적 융합조건이 산양의 이종간 복제수정란의 체외발달에 미치는 영향

본 연구는 이종간 핵이식란의 생산성 향상에 기여하기 위한 기초연구로서 핵이식 수정란의 융합과 활성화 과정에 있어서 수핵난자 및 전기적 융합조건이 핵이식 수정란의 융합 및 체외 발달에 미치는 요인들을 조사하기 위하여 실시하였다. 도축되어지는 소 및 돼지의 난소에서 난포란을 채취하여 TCM-199 및 NCSU-23에 혈청 및 호르몬을 첨가하여 39$^{\circ}C$, 5% CO$_2$ 배양기내에서 24 및 48시간 체외성숙을 실시하여 수핵난자를 준비하고, 공여세포의 준비는 산양의 귀세포를 채취하여 0.25% Trypsin-EDTA의 처리로 세포를 분리, 배양하여 사용하였으며, 계대배양과 함께 세포는 TCM-199 ＋ 10% FBS ＋ 10% DMSO로 동결을 실시하였다. 핵이식은 성숙된 난자의 극체 및 전핵을 laser system으로 투명대를 drilling 하여 제거하고 준비된 공여세포를 핵이 제거된 난자에 주입하여 전기적 자극으로 융합을 실시하여 융합된 난자는 전기적 자극으로 활성화를 유도하였다. 활성화가 이루어진 복제 수정란은 수핵란이 소난자의 경우 monolayer가 형성된 10% FBS가 첨가된 TCM199 배양액에서 7∼9일 동안 체외배양하였으며, 수핵란이 돼지의 경우 10% FBS가 첨가된 NCSU-3 배양액으로 6∼8일 동안 체외배양을 실시하여 배반포기로 유도하였다. 본 연구에서 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다. 전기자극의 세기를 1.95 kv/cm와 2.10 kv/cm로 주었을 때 수핵란이 소 난자의 경우 융합율은 47.7및 44.6%였으며, 분할율도 41.9 및 54.5%로써 차이가 없었다. 수핵란이 돼지 난자인 경우는 융합율은 51.3 및 46.1%로써 차이가 없었으며, 분할율도 75.0및 84.9%로써 차이가 없었다. 전기자극 시간을 30 또는 60${\mu}$sec, 횟수는 1 또는 2회 주었을 때 수핵란이 소 난자의 경우 융합율은 30 ${\mu}$sec 1회(50.8%) 와 2회(31.0%) 간에 차이가 없었으나, 60${\mu}$sec 1회(19.3%)가 가장 낮았다(P＜0.05). 융합란의 분할율은 30${\mu}$sec 1회(53.3%)와 2회(50.0%) 간에 차이가 없었으나, 60${\mu}$sec 1회(18.2%)보다 유의적(P＜0.05)으로 높게 나타났다. 돼지 난자의 경우 융합율은 30${\mu}$sec 1회(48.1%), 2회(45.2%)및 60${\mu}$sec 1회(48.6%)간에 차이가 없었으며, 분할율은 30${\mu}$sec 1회(78.4%)와 60${\mu}$sec 1회 (79.4%)간에 차이가 없었으나, 30${\mu}$sec 2회(53.6%)보다 유의적(P＜0.05)으로 높게 나타났다. 이종간 핵이식란의 체외발달에 있어서 수핵란이 소 난자의 경우 상실배와 배반포기로의 발달율이 22.6%로써 단위발생란 30.6%와 차이가 없었으며, 돼지 난자의 경우는 이종간 핵이식란이 5.1%로써 단위발생란 37.4%보다 유의적(P＜0.05)으로 낮게 나타났다. 이상의 실험결과로 보아 산양의 체세포를 이용한 이종간 핵이식 복제수정란의 생산을 위하여 수핵란으로 소와 돼지를 사용하여 복제수정란의 발달을 확인할 수 있었으며, 이종간 핵이식에 있어서 수핵란, 공여세포, 융합, 활성화 및 배양조건 등 아직 초보 수준에 있으며, 앞으로 보다 많은 연구를 통하여 이러한 문제들이 해결되면 멸종위기 상태에 있는 동물들의 종 보존에도 활용이 가능할 것으로 생각된다.