Development and Expression of Porcine Embryos by Direct Injection of Sperm Treated with Exogenous DNA

The main goal of this study was to produce transgenic porcine embryos by direct injection of sperm-mediated exogenous DNA. Spermatozoa (6$\times$10$^{6}$ sperms of final concentration) were mixed with pcDNA LAC Z (20 ng/$\mu$l) and subjected into electroporation (300~750 volts, 25 $\mu$F, 0.4 cm electrode). After sperm injection, the oocytes were activated electrically (1.7 KV/cm, 30$\mu$sec, single pulse) in 0.3 M mannitol solution or not. The sperm injected eggs were cultured in NCSU 23 medium (0.4% BSA) at 39$^{\circ}C$, 5% $CO_2$ in air fur 144 h. The rates of cleavage and development into blastocyst stage in activation group were significantly higher than those of non-activation group (79.6% and 24.1% vs. 46.3% and 14.4%, respectively, p<0.05). Control oocytes and shame injection were developed to blastocysts low (2.5%). Sixty five (27.1%) out of 240 embryos observed in activation and non-activation groups were showed positive by X-gal staining. However, all embryos in both groups were expressed partial or mosaic pattern. These results suggested that electrical stimulation far oocytes activation after sperm injection enhances the incidence of both fertilization and development fellowing sperm injection in the pig. Our study also suggested that sperm-mediated transfer of exogenous DNA by ICSI would be used as a valuable tool for the production of transgenic porcine embryos.

외래유전자 도입정자를 이용한 돼지 체외성숙 난포란의 Intracytoplasmic Sperm Injection (ICSI) 후 후기 배로의 발달율과 외래유전자의 발현에 관한 연구

본 연구는 sperm-mediated gene transfer를 이용하여 ICSI에 의한 형질전환동물 생산의 기초자료로서 활용하기 위해, ICSI에 사용될 정자의 조건과, 그에 따라 적합한 돼지 정자와 외래유전자의 전처리 및 ICSI를 통한 수정을 및 후기 배로의 발달율과 외래유전자의 발현 여부를 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. ICSI에 이용될 정자의 조건에 따라 정소상체미부정자, 사출정자 및 동결정자를 이용하여 ICSI후 수정율은 각각 72.3%, 64.1% 및 74.1%로 나타나 유의적인 차이를 나타내지 않았으며, 또한 후기배로의 발달율에 있어서도 각각 17.6%, 18.7% 및 15.0%로 나타나 각 처리군간의 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 그리고, ICSI후 전기적 자극을 실시한 군과 실시하지 않은 군에서 난자의 활성화에 따른 수정율은 대조구로 이용한 shame injection과 전기적 활성화를 실시하지 않은 군에서 각각 47.1%와 46.3%로 나타나 전기적 활성화를 실시한 군의 79.6%에 비해 유의적인 차이를 나타내었다. 후기배로의 발달율에 있어서도 전기적 활성화를 실시한 군에서는 24.1%로 나타나 전기 적 활성화를 실시하지 않은 군에서의 14.4%와 유의적인 차이를 나타내었다. 그리고 대조구로 이용한 shame injection에 있어서 후기 배로의 발달율은 2.5%로 낮은 결과를 나타내었다. 또한, 정자와 pcDNA LacZ유전자의 처리시 electroporation 방법을 실시하여 ICSI후 난자를 각각 전기적 활성화를 실시한 군과 실시하지 않은 군에 있어서 유전자 발현율은 각각 30.2%와 24.2% 나타났으나, 두 처리군간에 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 그러나, 두 군에서 pcDNA LacZ 유전자는 모두 mosaic 발헌 양상을 보였다. 이상의 실험 결과들을 종합해 보면, ICSI에 사용될 수 있는 돼지의 정자는 정소상체미부정자, 사출정자 및 동결정자 모두가 이용 가능하며, ICSI후 추가 전기적 자극에 의한 난자의 활성화가 수정율과 후기 배로의 발달율을 향상시킬 수 있음을 시사하였다. 따라서, 돼지에 있어서 정자의 외래유전자 도입에 대한 정확하고 실용적인 방법은 보고되고 있지는 않은 상태로, 정자와 외래유전자의 처리법을 향상시키기 위하여 다양한 방법으로 많은 연구가 요구된다.