당근의 현탁배양 캘러스 세포가 고온에 노출되었을때 다른 식물에서 알려진 것과 유사한 열충격반응을 나타낸다. 이는 기존의 유전자의 발현을 억제하고 새로운 열충격단백질을 생산하기 위한 열충격유전자의 발현을 촉진한다. 이러한 열충격유전자의 고온조건에서의 발현은 주로 전사과정에서 이루어지는 것으로 알려져 있다. 그러나 몇가지의 경우에서 이들 열충격 유전자의 발현이 번역과정에서 조절되는 것으로 보고된 바 있다. 본 고에서는 열충격 과정과는 무관한 토끼의 적혈구로 만들어진 시험관 내 번역시스템과 2차원단백질분리 시스템을 이용하여 생성된 단백질의 양을 통해, 번역에 사용된 mRNA의 양을 추정하였다. 이를 생체내에서 같은 조건에서 만들어진 단백질의 양과 비교할 때에 당근세포내의 특정 mRNA의 양과 해당 열충격단백질의 양이 $ 30^{\circ}C$에서 불일치함을 확인하였다. 이를 통해 당근의 캘러스 세포가 열충격 반응을 나타내는 가장 낮은 온도인 $30^{\circ}C$에서 mRNA의 양과는 다소 무관하게 해당 열충격단백질을 번역을 촉진하는 과정이 있음을 추정할 수 있었다.
세균이 세포내 공생하는 xD strain과 모 세포주인 tD strain Amoeba proteus의 열충격 대응의 차이를 알아 보기 위하여 방사선 동위원소로 표지된 아미노산을 Ca2+_less Chalkley's 용액에서 음작용 경로를 통하여 90분 동안 흡수하게 하고, 저온 및 고온 스트레스에 대하여 새로 합성되는 스트레스 대응 단백질의 양상을 1, 2차원 전기영동 및 자기방사 사진법에 의해서 비교하였다 저온(10"C) 충격에 대응하여 아메바는 두 strain 모두 56.0 kDa, pl 6.0 단백질을 강하게 발현하였으며, xD strain에서는 tD strain과 달리 저온 충격 초기에 66 0 kDa, pl 5.5 단백질의 발현이 중단되었다. 한편 고온(33"C) 열충격에 대하여 두 strain 아메바에서 모두 10여종의 단백질이 새합성되는 것으로 확인되었으며, tD 아메바에는 이들 단백질의 새합성이 완만하게 이루어지는데 비하여 xD 아메바에서는 그중 66.0 kDa 단백질이 고온 대응 단백질로서 신속하게 새합성되는 것으로 나타났다. 이외에도 2차원 전기 영동 분석을 통하여 열충격에 의해서 발현이 촉진되는 다수의 단백질들을 탐지하였다 탐지된 아메바의 열충격 단백질은 분자량에 따라 hsp100군 2종, hsp90군, 3종, hsp70군 및 hsp60군 각 1종, 그리고 small csp군 4종으로 분류해 볼 수 있었다 두 분석의 결과를 종합해 보면 tD 아메바에는 저온 및 고온 충격에 대하여 열충격 단백질의 합성이 완만하게 상승하는 데 비하여 xD strain에서는 신속하게 이루어졌다. 이상의 결과로 보아 아메바의 세포내 공생 세균은 숙주의 열충격 대응기작에 변화를 야기한 것으로 판단된다한 것으로 판단된다. 10mg과 20mg의 estrogen 처리구 사이에 유두 직경, 길이 그리고 용적의 증가량에 있어서는 차이가 없었다. 10mg 및 20mg의 estrogen 처리는 초발정일령을 각각 20일 및 124일 단축시켰다. 전체적으로 이러한 결과는 송아지에 estradiol의 삽입은 성장과 유선 발달을 촉진시키고 초발정일령을 단축시킬수 있다는 것을 강력하게 지적한다. 일치하지 않으므로 더욱 정밀한 조사를 실시하여 분류학상의 위치를 정확히 밝혀 볼 필요가 있을 것으로 생각되었다.연한 도구이자 정신활동으로 보게함으로써, 주제 및 연구방법에서 획일성보다 다양성과 창조성이 강조되고 있다. 그리고 연구에 있어서 주제 의 다양성을 통해 보다 현실생활에 밀접하게 연결되어야 할 필요성은 학문이나 과학의 사회 성에 대한 새로운 인식을 가져다 주고 있다. 이러한 지리교육과정의 좌표의 변화된 측면들 을 고려하여, 지리교육과정의 새로운 방향은 다음의 세가지로 모색될 수 있다. 첫째, 爭點中 心 地理敎育課程이다. 사회쟁점에 대한 접근은 쟁점의 이해와 문제해결에의 지리적 관점의 활용을 통해 학습내용의 시사성과 사실성을 높힐 수 있다. 이때 문제해결능력을 통해 현대 시민의 자질 및 능력을 기를 수 있음은 물론, 다른 한편으로 실제세계 즉 학생의 실생활, 사 회, 국가, 세계에서 일어나는 일들과의 관련성을 갖게 함으로써, 내적 동기화와 외적인 자극 을 강력하게 결합할 수 있을 것이다. 이는 개인적 유관적합성과 사회적 유관적합성을 동시 에 확보하는 데 유리할 것이다. 둘째, 思考中心 地理敎育課程이다. 지리교육은 학생들을 지 식 및 기능의 숙달자가 되도록 할 것이 아니라 기본적 문장해독력의 수준을 넘어 능력있는 사고자로 길러내는 것을 목표로 하여야 한다.
본 연구에서는 열충격에 의한 세포내 단백질 변성을 정량하는 방법을 소개하고 있다. Thiol compound인 diamide [azodicarboxylic acid bis (dimethylamide)]는 단백질변성시 노출된 sulfyhydryl기를 cross-link 시킨다. 정상 상태에서는 노출되지 않는 sulfyhydryl group이 변성된 단백질에서는 노출되기 때문에 diamide에 의한 cross-linking이 선택적으로 일어날 것이다. 그러므로 diamide는 변성된 단백질을 "trap"하는 작용을 할 수 있다. 본 연구진은 세포내 열충격후 고분자 단백질 응집물 (high molecular weight protein aggregate, HAA)이 나타남을 비환원 (non reducing) SDS-PAGE에서 관찰하였고 이를 gas flow counter로 scanning하여 정량하였다. 실험 결과 세포에 열충격을 가한후 diamide를 처리하면 HMA가 열충격 용량의존적으로 증가함을 관찰하였다. 이는 HMA의 양을 측정함으로써 열충격에 의하여 변성된 단백질을 정량할 수 있음을 반증한다. 열내성이 유도된 세포와 그렇지 않은 세포를 비교하였을 때 열내성이 유도된 세포에서는 열충격에 의한 HMA의 형성이 억제됨을 관찰하였다. 열충격후 정상온도에서 회복기를 주면서 시간대별로 diamide를 첨가하고 이때 형성된 HMA양을 측정하여, 단백질 원형복구의 역동성을 실험하였다. 그 결과, HMA는 열내성의 유도 여부와 상관없이 빠르게 없어짐을 알 수 있었다. 그러나 열내성이 유도된 세포에서 HSP70 단항체를 electroporation에 의하여 투여하였을 때 HMA가 현저히 증가하였고, 이는 열내성이 유도된 세포에서는 HSP70의 증가에 의하여 HMA생성이 억제되었음을 나타낸다. HSP70 항체를 이용하여 면역침전을 시행한 결과 변성된 세포내 단백질이 HSP70과 같이 침전됨이 관찰되었다. 이 결과는 HSP70 단백질이 변성된 단백질과 일시적으로 결합하여 정상 상태로 돌아가거나 복구될 수 있도록 도와줄 수 있음을 시사한다.
Campylobacter jejuni 에 열처리를 했을 때 그들의 생존성 및 열충격 단백질 합성의 양상과 더불어, dnaK 와 groESL 유전자를 이용하여 C. jejuni 의 열충격 유전자를 검출하여 그 특성을 E. coli 의 열충격 유전자와 비교하였다. C. jejuni 의 열충격 단백질은 48.deg.C 에서 가장 잘 발형되었으며, 48.deg.C 에서 30 분간의 처리중 세포들의 생존율은 떨어지지 않았다. C. jejuni 의 열충격 단백질로서의 Hsp90, Hsp66, Hsp60 이 합성되는 것을 SDS-PAGE 및 방사선사진법을 통해 확인하였다. dnaK 와 groESL 을 DNA 탐침자로 이용하여 Southern hybridization 한 결과, C. jejuni 의 열충격 유전자도 groESL 과 dnaK 유전자와 상동성을 가진 염기서열을 가지고 있었으나, 두 균주사이에는 열충격유전자를 내포하고 있는 DNA 상에서 제한효소의 절단부위에 차이가 있었다.
본 연구의 목적은 말의 열충격 단백질 유전자의 특성을 구명하고 말의 각 조직과 운동 전과 후 혈액에서 열충격 단백질 유전자의 발현량을 분석함에 있다. 이전의 연구를 통해, 대표적인 경주마인 더러브렛의 혈액과 골격근에서 운동 전, 후 RNA-sequencing을 통해 차등발현유전자 분석을 실시하고, 본 연구를 위해 운동 전과 후에 차등 발현된 유전자 중, 열충격 단백질 유전자(HspH1, Hsp90${\alpha}$, Hsp70)를 선택하였다. 세 개의 열충격 단백질 유전자는 각각의 혈액이나 근육에서 운동 전에 비해 후에 발현이 증가된 것으로 확인됐다. 본 연구팀은 선정된 유전자에 대한 검증과 분석을 위해, 말의 조직별 RT-PCR 분석과 운동시간별 백혈구에서 real time qPCR 분석을 실시하였다. 그 결과 말의 각 조직(갑상선, 결장, 골격근, 맹장, 신장, 심장, 척수, 폐)에서 세 개의 열충격 단백질 유전자 mRNA가 모두 존재함을 알 수 있었다. 또한, 말의 운동 시간 별 혈액에서 mRNA를 추출하여 열충격 단백질의 운동 시간에 따른 발현 양상 분석을 실시한 결과, 운동 전에 비해 운동 120분 후 열충격 단백질 유전자의 발현량이 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 인간과 다른 동물 실험의 결과와 일치하며, 열충격 단백질 유전자 전사 조절기작이 종간에 보존이 되어왔음을 시사한다. 또한, 운동에 따른 열충격 단백질 유전자의 발현 양상과 운동 수행 및 회복 기작간의 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요함을 제안하는 바이다.
기후변화는 현대 축산업이 직면한 가장 큰 위협 중의 하나이고, 특히 열 스트레스는 가금의 생산성 저하뿐만 아니라, 가축의 불편함과 고통을 증가시켜 동물의 복지에도 치명적 영향을 미칠 수 있다. 열 스트레스를 완화시키기 위한 다양한 전략들이 요구되는데, 가축의 열 스트레스에 대한 정확한 평가와 생물학적 평가지표의 개발은 기후변화에 대한 적응과 열 저항성 가금의 육종, 지속 가능한 가금 산업과 동물복지를 위해서 매우 중요하다. 스트레스호르몬, hetero- phils lymphocytes의 비율, 텔로미어 마모 정도 등 열 스트레스에 대한 다양한 바이오마커 중에 열충격단백질(HSPs)은 세포내 온도계로 여겨지며, HSPs 중에서도 HSP70은 가장 풍부한 단백질이면서 열 충격에 민감하게 반응하는 바이오 마커로 알려져 있다. HSP는 또한 열 충격으로부터 세포를 보호해주는 샤페론 활성을 지니고 있다. 따라서 HSP70 바이오마커는 가축의 열 스트레스에 대한 체계적 평가방법으로 주목받고 있으며, HSP70의 발현 변화의 이해는 기후변화에 대처하면서 지속가능한 가금 산업을 위해 매우 중요하고 판단된다. 이에 본 논문에서는 닭의 열 스트레스와 관련하여 HSP70을 중심으로 HSP의 작용기전과 역할, 열 스트레스와 HSP, 내열성 가축 선발을 위한 HSP70의 잠재성, 그리고 열 스트레스 바이오마커로서의 HSP70 등에 대한 최근까지의 연구들을 소개한다.
열충격 단백질(hsp)은 세포의 기능에 중요한 역할을 하는 보존성이 높은 단백질중의 하나이다. 이들 중 70 kDa 열충격 단백질은 외부의 자극과 관계없이 상시적으로 합성되는 HSC70 단백질과 외부의 자극에 반응하여 합성되는 HSP70 단백질이 있다. 본 연구에서는 넙치(Paralichthys olivaceus)의 70 kDa 열충격 단백질에 대한 cDNA를 아미노산 서열로 변환시켜 분석함으로써 이 유전자가 상시적으로 발현하는 열충격 단백질인 HSC70에 대한 유전자임을 밝혔다. Hsp70 유전자의 발현 기작을 조사하기 위하여 단백질 발현을 조절하는 5' 인접부위를 분리하고 이들의 염기서열을 분석함으로써 유전자 조절부위의 중요인자와 중심 부위를 동정하였다. 또한 Hsp70 유전자의 유전자 조절부위를 이용하여 형광단백질 발현벡터를 제작한 후 메다카 수정란에 미세 주입하여 배 발생 과정의 살아있는 메다카에서 발현하는 형광 단백질(GFP)의 발현을 조사하였다.
여러가지 환경 stress에서 유도되는 폐렴구균 열충격단백질 GroEL의 특성에 대하여 검토하였다. 비병원성인 폐렴구균(Streptococcusa pneumoniae)을 사용하여 stress 조건을 설정하고 이 설정된 조건에서 stress에 의해 유도되는 단백질을 $^{35}S$]-methionine으로 표지하여 autoradiography를 실시하였다. 열충격을 가했을 때 유도되는 단백질(65, 73, 84-kDa 등) 중 65 kDa의 단백질(hsp65)을 DEAE-Sepharose ion exchange 및 ATP-agarose affinity chromatography를 이용하여 분리 정제하였으며 hsp65에 대해 생성된 항체를 이용하여 immunoblot을 실시하였을 때 약 60 kDa의 대장균 단백질과 반응하였으며 정제된 폐렴구균 hsp65가 대장균의 anti-GroEL monoclonal 항체와 반응함으로써 폐렴구균 hsp65가 대장균GroEL과 유사한 단백질임을 확인하였다.
곤충은 변온동물로 육지생태계에서 주로 서식하면서, 식물의 생체량 조절, 종다양성 유지에 중요한 역할을 한다. 주변온도는 변온동물인 곤충의 생리적 반응속도, 뿐만 아니라 생존과 분포를 결정하며, 기후변화에 영향을 준다. 본 연구는 높은 온도에서 곤충의 적응성에 관련있는 유전자를 전사체를 이용하여 동정하였다. 고온에서 사육된 배추좀나방 유충의 지방체로부터 차세대 염기서열 분석법을 이용하여 전사체를 확보하였다. 대사중심인 지방체에서 구조단백질, 열충격단백질, 항산화단백질, 해독효소 들이 동정되었다. 이들 중에서 표피단백질(표피단백질, 키틴합성효소, 엑틴, 카이틴 합성), 스트레스관련단백질(시토크롬 P450), 열충격단백질, 한산화단백질은 발현이 증가되었으나, glutathione S transferase 발현은 오히려 감소되었다. 이상의 결과는 기후변화의 주요인인 온난화에 대한 해충의 생리적 대응과 온도적응을 이해하는데 필요한 기초자료를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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