• 제목/요약/키워드: Genes

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단가아민 산화제 A CA 반복 유전자 다형성이 한국 알코올의존 남자환자의 행동특성과 임상양상에 미치는 영향 (The Effects of Monoamine Oxidase A CA Repeat Polymorphism on Behavioral Trait and Clinical Characteristics in Korean Male Alcoholics)

  • 이정식;양병환;이경미;김홍관;김용인;채영규
    • 생물정신의학
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    • 제7권1호
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    • pp.64-73
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    • 2000
  • 이 연구는 MAOA CA 반복 유전자다형성에 따라 알코올의존 환자에서 행동 및 성격특성 그리고 임상양상의 차이를 알아봄으로써 유전자형과 표현형과의 관계를 알아보기 위해 수행되었다. 이 연구 결과 임상양상에서 S군에 비해 L군의 임상양상이 보다 부정적인 양상을 보이고 있었다. 이는 MAOA CA 반복 유전자다형성이 음주양상을 변화시키는 역할을 할 가능성을 시사하고 있다. 그렇지만 이러한 영향이 유전자의 직접적인 인과관계로 설명하기는 어렵고 간접적이고 이차적인 영향에 따른 결과로 생각해 볼 수 있겠다. 또한, 행동특성에서 L군이 S군에 비해 전체적으로 공격성이 많았고 자기주장적 태도가 강했다. 그리고 MAOA CA 반복 유전자다형성의 대립유전자 길이가 자기주장적 태도와 상관관계가 있었으며 이러한 자기주장적 태도를 MAOA CA 반복 유전자다형성의 대립유전자 길이가 부분적으로 설명하고 있었고, 자기주장적 태도가 강한 환자의 경우 길이가 긴 대립유전자를 가질 가능성이 많았다. 공격성도 그 자체가 여러 가지 측면을 가지고 있는 복합적인 행동특성이기 때문에 전체 공격성을 어느 하나의 유전자만으로 설명할 수 있을 것으로 기대하는 것은 비현실적이다. 그렇지만 이 연구에서 자기주장적 태도는 분화된 공격성의 한 측면이어서 MAOA CA 반복 유전자다형성이 일부분이지만 설명을 할 수 있다는 것을 시사하고 있어, 연구자들은 이 연구가 향후 유전자형이 공격성 같은 표현형을 설명하는 연구들에 있어 기초자료가 될 수 있을 것으로 생각된다. 아직까지 MAOA CA 반복 유전자다형성과 MAOA 활성도와의 관계가 명확하지 않고 대사산물과의 관계도 설명이 어려운 실정이어서 향후 이에 대한 연구들이 필요하겠다.

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무혈청 배지에서 계대배양한 비적응 CHO(Chinese Hamster Ovary) 세포의 증식력 개선에 관한 연구 (Improvement of Proliferation Capacity of Non-adapted CHO Cells Subcultured Using Serum Free Media in Long-term Culture)

  • 이승선;이진성;변순휘;박홍우;최태부
    • KSBB Journal
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    • 제21권4호
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    • pp.248-254
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    • 2006
  • 본 연구에서는 CHO 세포를 이용해 세포를 별도의 적응기간 없이 무혈청 배지에서 배양했을 때 세포의 증식이 중단되는 원인을 찾고 배지 첨가 성분을 통해 이를 개선하고자 했다. 현재 개발된 무혈청 배지는 아직까지 혈청을 대체할 만한 성분을 포함하고 있지 않다. 때문에 무혈청 배지에 적응되지 않은 비적응 세포의 경우 계대 배양에 한계가 있다. 이런 한계가 나타나는 원인은 다양할 것으로 생각이 되지만 혈청의 부재로 인해 세포가 받게 되는 스트레스와 그로 인한 세포주기의 정지가 가장 근본적인 원인으로 생각된다. 무혈청 배지에서 세포가 받는 스트레스의 정도를 알아보고 배양 환경과 첨가물에 따른 ROS 농도의 변화를 측정하기 위해 배지와 세포의 ROS 농도를 측정하였다. ROS 농도를 측정한 결과 무혈청 상태에서 세포내 ROS가 엄청난 양으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 이것은 혈청이 항산화능력을 갖고 있어서가 아니라 세포가 무혈청 환경에서 극심한 스트레스상태에 놓이기 때문인 것으로 생각된다. 이렇듯 증가한 ROS가 세포의 증식이 멈추게 되는 원인 중 하나로 생각되고, 항산화제를 첨가한 경우에도 증식력이나 ROS의 농도에 큰 차이가 없었던 것으로 미루어 보아 근본적으로 혈청과 같은 강력하게 증식을 촉진하는 성분을 배지에 첨가해야 할 것으로 여겨진다. ROS 이외에 세포의 증식이 멈추는 또 다른 원인으로 세포사멸의 여부를 확인했다. 무혈청 배지에서 배양한 적응세포와 비적응 세포 모두 특별한 세포사멸의 징후가 나타나지 않았다. 또한 무혈청 배지에서 증식이 멈춘 세포를 회수해 다시 혈청배지에서 배양한 경우 곧바로 증식력이 회복되기 때문에 대규모의 세포사멸은 발생하지 않는 것으로 생각된다. 위와 같은 현상들은 모두 혈청이 없기 때문에 발생하는 것으로 혈청을 대체할 수 있는 첨가물을 배지에 더해주면 세포의 증식이 개선될 것이다. 그래서 몇 가지 첨가물을 이용해 세포의 증식력에 변화가 나타나는지 알아보았다. 첨가물을 이용한 실험에서 IGF-I의 경우 장기간 배양에서 세포의 수를 안정적으로 유지하고 계대 횟수를 증가시키는 효과를 보였다. 이는 IGF-I이 어느정도 세포의 증식을 유지시켜주는 역할을 하기 때문인 것으로 생각된다. 무혈청 배지에서 비적응 CHO 세포의 계대 배양에 한계가 있는 것은 세포주기가 멈추기 때문인 것으로 생각된다. 세포주기가 멈추는 growth factor와 같이 세포의 증식을 지속적으로 유도할 수 있는 물질이 무혈청 배지에서는 부족하기 때문인 것으로 생각되고, IGF-I과 같은 첨가물을 통해 극복할 수 있는 문제라고 여겨진다.

생물종(生物種) 다양성(多樣性) 및 삼림유전자원(森林遺傳資源) 보존(保存) 전략(戰略) (Strategy for Bio-Diversity and Genetic Conservation of Forest Resources in Korea)

  • 박용구
    • 한국산림과학회지
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    • 제83권2호
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    • pp.191-204
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    • 1994
  • 삼림의 급격한 황폐화의 원인은 지구 환경의 악화와 무분별한 목재 자원의 남벌에 있다. 이러한 대규모의 삼림자원의 파괴에 의해 사라져가는 삼림 면적의 크기도 중요하지만 그에 못지 않게 그 안에 들어있는 식물종이 감소되어 가고 멸종되어 가는 것이 더욱 큰 문제가 된다. 이러한 종의 감소나 멸종이 가시적인 것이라고 한다면 종내의 유전변이의 감소는 눈에 보이지는 않지만 진화과정에 있어서 종을 유지하는데 필수적인 유전자 변이 폭이 좁아지기 때문에 매우 심각한 문제가 된다. 재배작물에 있어서 유전자 보존은 육종을 위한 측면에서 중요한 연구분야로 인식되어 왔다. 그러나 야생종인 삼림의 경우에는 현재 인간이 육종에 필요한 최소한의 개체만 유지 보존함으로써 유전변이가 심하게 축소되어 지속적으로 생존 진화할 수 있는 기본적 유전자 변이를 잃어버리게 될 위험에 처할 수 있기 때문에 삼림의 유전자보존이 절대적으로 필요한 것이다. 현재의 삼림 유전자 보존 정책은 현지보존, 현지외 보존, 시설내 보존으로 나누어 수행하고 있는데 아직도 그 방법이 확정되어 있지 않아서 많은 시행착오를 거듭하고 있다. 특히 광범위하게 분포되어 있는 같은 종의 삼림내 임목들간의 유전자변이를 조사 분석할 적당한 방법이 없으며 (동위효소변이에 많은 것을 의존하고 있으나 동위효소변이만으로 충분하지 못하다), 현지보존의 경우에도 얼마나 큰 집단을 또 어떤 행태로 보존해야 하는가에 대한 집단유전학적 이론 정립이 완전하지 못하다. 또한 현지외 보존의 경우 현지보존림의 유전변이를 빠짐없이 포함되도록 조성해야 할 구체적인 방법을 알지 못하고 있는 실정에 있다. 시설내 보존의 경우 종자 보관이나 화분 보관과 같은 기술적인 것은 재배작물의 방법을 적용하면 되지만 어떤 집단의 종자나 화분을 채집 보관해야 하는지에 대한 집단유전학적 근거가 아직 확실히 마련되고 있지 않다. 시설내 보존인 경우 기왕에 육종에 의해 선발된 개체를 유전자형(개체) 상태로 보존함으로써 부가가치를 높일 수 있을 것이며, 이러한 연구는 새롭게 개발되고 있는 조직배양 및 유전공학적 기법을 이용하므로써 발전할 수 있는 여지가 많은 연구 분야이다. 현지보존의 경우 유전자 보존만의 목적으로 조성된 삼림뿐만 아니라 다른 목적으로 보호 받고 있는 많은 삼림, 예를 들면 국립, 도립공원, 보안림, 노거수 등에 대한 적절한 생태유전학적인 연구를 통하여 유전자원으로 이용할 수 있는 방법이 강구되어야 하며, 현지외 보존의 경우에도 유전자원 보존림의 조성 뿐만 아니라 임목육종과정에서 기 조성되어 있는 채종원, 산지시험림, 차대검정림, 클론보존원 등에 대해서도 적절한 유전학적 연구 조사를 수행함으로써 현지외 유전자 보존림으로 이용할 수 있게 될 것이다.

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한국인에서의 소아 IgA 신병증과 HLA-G유전자의 promoter haplotype과의 관계 (Association of HLA-G gene promoter haplotype with childhood IgA nephropathy in the Korean population)

  • 정환희;한원호;조병수;김성도
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제53권4호
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    • pp.548-553
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    • 2010
  • 목 적: IgA 신병증은 소아들의 만성 사구체 신염 중에서 가장 흔하게 일어나며, HLA유전자는 다양한 염증성 질환과 자가면역질환과 연관이 있어 왔다. 이 연구에서는 한국인에서 건강한 대조군과 IgA 신병증 환자군을 비교하여 IgA 신병증 발생 감수성 및 병리, 임상 양상과 $HLA-G$ 유전자의 SNP와의 연관성에 관해 알아보고자 하였다. 방 법: 소아 IgA 신병증을 앓고 있는 174명의 환자군과 438명의 정상 대조군에서 $HLA-G$ 유전자의 promoter SNP (rs1736936과 rs2735022)를 분석하고 비교하였다. 또한 IgA 신병증 환자들을 단백뇨($4mg/m^2/hour$ 이하군과 이상군)의 유무, 족세포 돌기의 소실 유무, 간질의 섬유화 및 세뇨관 위축이나 미만성 사구체 경화와 같은 병리학적 소견상 진행성 질환의 표지자유무에 따라 하위그룹으로 나누어 비교하였다. 결 과: IgA 신병증 환자군과 정상 대조군 간의 HLA-G에서의 SNP (rs1736936과 rs2735022) 빈도에 대한 유의한 차이는 발견되지 않았다. 또한 단백뇨의 유무, 족세포 돌기의 소실 유무, 질환의 병리학적 진행 정도을 의미하는 표지자의 유무와 SNP사이에서도 유의한 연관성을 보이지는 않았다. 그러나, 일체 배형으로서 rs1736936과 rs2735022는 소아 IgA 신병증을 일으키는 감수성에 대해 통계학적으로 유의한 연관성을 나타내었다(haplotype T/C: dominant model OR 1.71, 95% CI 1.00-2.92, $P$=0.049; haplotype C/T: recessive model OR 0.54, 95% CI 0.31-0.94, $P$=0.030). 결 론: 이번 연구에서 $HLA-G$ 유전자의 SNP 중 rs1736936와 rs2735022로 이루어진 일체배형과 IgA 신병증의 발생간에 유의한 관계를 관찰하였으며, IgA 신병증 환자들의 단백뇨 발생 유무, 족세포 돌기의 소실 유무 및 질병 진행 정도로 구분된 하위그룹과 후보 SNP들간의 유의한 관계는 확인할 수 없었다.

Glutathione S-Transferase 유전적 다형성이 항산화 체계에 미치는 영향 (Effect of Glutathione S-Transferase Polymorphisms on the Antioxidant System)

  • 전경임;박은주
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제36권6호
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    • pp.708-719
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    • 2007
  • 본 연구에서는 104명의 성인남녀를 대상으로 그들의 GSTT1, GSTM1, GSTP1의 유전적 다형성 분포도를 조사한 결과, 전체 대상자들 중 각각 60명(57.4%), 42명(40.6%)가 GSTT1 과 GSTM1의 유전자를 가지고 있었으며, GSTT1과 GSTM1 유전자가 둘 다를 가진 대상자는 27명(25.7%), 둘 중에 하나만 가지고 있는 사람은 47명(45.5%) 그리고 둘 다 없는 사람은 30명으로 28.7%에 해당되었다. GSTP1 유전자의 경우 homozygous(a/a) wild type은 79명(75.5%)으로 대부분의 대상자가 여기에 해당되었으며, heterozygous(a/b) heterozygous type은 22명(21.6%), 그리고 homozygous(b/b) wild type으로 나타난 대상자는 3명(2.9%)이었다. GSTT1 null type은 산화적 스트레스를 더 많이 받고 있는 것으로 알려진흡연자의 비율이 present 군에 비해 낮음에도 불구하고 적혈구 GSH의 농도는 유의적으로 낮고 임파구 DNA 손상정도는 유의적으로 높은 것으로 나타났다. GSTM1 유전자의 경우 적혈구 GSH-Px의 활성만이 GSTM1 null type이 presenttype에 비해 유의적으로 높은 것으로 나타났으며, 나머지 다른 지표에서는 GSTM1 null type과 present type 간의 유의적인 차이가 없었다. GSTP1 유전자 다형성에 따른 항산화 영양상태의 유의적인 차이는 없었다. 흡연과 GST 유전자 다형성의 상호작용결과, 혈장 ${\alpha}$-carotene 농도, 적혈구 GSH-Px와 GST 활성은 GSTT1 null type의 경우 흡연자에 비해 비흡연자가 유의적으로 높게 나타났으며, GSTT1 present type에서는 흡연자와 비흡연자간의 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. GSTM1 유전자의 경우 GSTM1의 null type에서 흡연자의 경우 비흡연자에 비해 혈장 ${\gamma}$-tocopherol과 ${\beta}$-carotene 수준이 유의적으로 낮았다. GSTT1과 GSTM1 유전자가 둘 다 없는 경우(both null)에는 흡연자의 혈장 lycopene과 적혈구 GST 활성이 비흡연자에 비해 유의적으로 낮았다. GSTP1 유전자의 경우 혈장 ${\alpha}$-carotene과 적혈구 GSH-Px 활성은 a/a type의 흡연자가 비흡연자에 비해 유의적으로 낮았고, 적혈구 catalase의 활성은 a/b type에서 흡연자가 비흡연자에 비해 유의적으로 낮았으며, ${\beta}$-carotene 농도는 두 type 모두에서 유의적으로 흡연자가 낮았다. 이상의 연구 결과 GST 유전적 다형성에따라 산화, 항산화 관련 효소 활성 및 항산화 영양소 수준의상태가 차이가 있음을 알 수 있었으며, 특히 흡연자의 경우 GST 유전자 type에 따라 항산화 영양상태가 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과는 유전적 다형성에따라 항산화 영양소의 권장수준을 책정하는데 기초연구자료로 활용될 수 있을 것이다. 즉, GSTT1 또는 GSTM1 null type의 경우 비흡연자에 비해 흡연자가 항산화 영양소 수준이 더 낮게 나타났으므로 그들의 체내 항산화 영양 상태를 증가시킬 수 있는 여러 방안들, 즉 항산화 비타민의 보충투여 및 야채와 과일의 섭취 권장 등이 고려될 수 있을 것이다. 또한 GST 유전자 다형성에 따라 항산화 영양상태의 차이가 있으므로 항산화 관련 in vitro 실험, 동물 및 인체 실험의 결과 해석 시 나타나는 개인 간의 변이차이는 GST 유전자 다형성으로 일부분 설명될 수 있으리라 기대된다. 향후대상자의 범위를 좀 더 넓혀서 GST 유전자 다형성과 항산화 영양상태의 관계를 규명하고자 하며 더불어 산화물질 해독에 관여하는 다른 유전자(CYP 450, SULT 등)의 역할에 대해서도 계속적인 연구가 필요하다고 사료된다.

Biological Functions of N- and O-linked Oligosaccharides of Equine Chorionic Gonadotropin and Lutropin/Chorionic Gonadotropin Receptor

  • Min, K.S.
    • 한국가축번식학회지
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    • 제24권4호
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    • pp.357-364
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    • 2000
  • Members of the glycoprotein family, which includes CG, LH, FSH and TSH, comprise two noncovalently linked $\alpha$- and $\beta$-subunits. Equine chorionic gonadotropin (eCG), known as PMSG, has a number of interesting and unique characteristics since it appears to be a single molecule that possesses both LH- and FSH-like activities in other species than the horse. This dual activity of eCG in heterologous species is of fundamental interest to the study of the structure-function relationships of gonadotropins and their receptors. CG and LH $\beta$ genes are different in primates. In horse, however, a single gene encodes both eCG and eLH $\beta$ -subunits. The subunit mRNA levels seem to be independently regulated and their imbalance may account for differences in the quantities of $\alpha$ - and $\beta$-subunits in the placenta and pituitary. The dual activities of eCG could be separated by removal of the N-linked oligosaccharide on the $\alpha$-subunit Asn 56 or CTP-associated O-linked oligosaccharides. The tethered-eCG was efficiently secreted and showed similar LH-like activity to the dimeric eCG. Interestingly, the FSH-like activity of the tethered-eCG was increased markedly in comparison with the native and wild type eCG. These results also suggest that this molecular can implay particular models of FSH-like activity not LH-like activity in the eCG/indicate that the constructs of tethered molecule will be useful in the study of mutants that affect subunit association and/or secretion. A single-chain analog can also be constructed to include additional hormone-specific bioactive generating potentially efficacious compounds that have only FSH-like activity. The LH/CG receptor (LH/CGR), a membrane glycoprotein that is present on testicular Leydig cells and ovarian theca, granulosa, luteal, and interstitial cells, plays a pivotal role in the regulation of gonadal development and function in males as well as in nonpregnant and pregnant females. The LH/CGR is a member of the family of G protein-coupled receptors and its structure is predicted to of a large extracellular domain connected to a bundle of seven membrane-spanning a-helices. The LH/CGR phosphorylation can be induced with a phorbol ester, but not with a calcium ionophore. The truncated form of LHR also was down-regulated normally in response to hCG stimulation. In contrast, the cell lines expressing LHR-t631 or LHR-628, the two phosphorylation-negative receptor mutant, showed a delay in the early phase of hCG-induced desensitization, a complete loss of PMA-induced desensitization, and an increase in the rate of hCG-induced receptor down-regulation. These results clearly show that residues 632~653 in the C-terminal tail of the LHR are involved in PMA-induced desensitization, hCG-induced desensitization, and hCG-induced down-regulation. Recently, constitutively activating mutations of the receptor have been identified that are associated with familial male-precocious puberty. Cells expressing LHR-D556Y bind hCG with normal affinity, exhibit a 25-fold increase in basal cAMP and respond to hCG with a normal increase in cAMP accumulation. This mutation enhances the internalization of the free and agoinst-occupied receptors ~2- and ~17- fold, respectively. We conclude that the state of activation of the LHR can modulate its basal and/or agonist-stimulated internalization. Since the internalization of hCG is involved in the termination of hCG actions, we suggest that the lack of responsiveness detected in cells expressing LHR-L435R is due to the fast rate of internalization of the bound hCG. This statement is supported by the finding that hCG responsiveness is restored when the cells are lysed and signal transduction is measured in a subcellular fraction (membranes) that cannot internalize the bound hormone.

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Stem Cell-Derived Conditioned Medium 첨가가 돼지난자의 체외성숙 및 단위발생란의 초기배 발육에 미치는 영향 (Effect of Stem Cell-Derived Conditioned Medium on the In Vitro Maturation and Embryonic Development of Parthenogenetic Embryos in Pigs)

  • 권대진;황인설;곽태욱;오건봉;옥선아;정학재;임기순;황성수
    • Reproductive and Developmental Biology
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    • 제39권3호
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    • pp.89-95
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    • 2015
  • 체외 배양액에 성장호르몬 및 사이토카인의 첨가는 초기배 발육 및 생산된 배반포의 질에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 돼지 유도만능줄기세포(porcine induced pluripotent stem cell, piPSC)의 조정배지(conditioned medium, CM)가 돼지 난자의 체외성숙 및 단위발생 후 초기배 발육에 미치는 영향을 검토하기 위하여 수행하였다. 난자-난구세포 복합체(cumulus-oocyte complex, COC)는 0(control), 25, or 50%의 줄기세포 배양액(stem cell medium, SM) 또는 CM이 첨가된 체외성숙 배양액으로 배양하였으며, 성숙된 난자는 활성화 유도 후 같은 농도의 SM 또는 CM을 첨가한 체외배양액에서 배양하였다. 체외 성숙율은 CM-25% 그룹에서 대조구보다 유의적으로 높았으나 (p<0.05), 다른 SM 또는 CM 처리구와는 차이가 없었다. 배반포 형성율은 CM-25% 그룹(29.2%)에서 대조구(20.7%), SM-50%(19.6%) 및 CM-50%(23.66%) 처리구보다 유의적으로 높았다(p<0.05). 배반포에서의 세포수 및 세포사 비율은 SM-25% 그룹이 대조구에 비하여 유의적인 차이가 나타났다(p<0.05). 난자의 질과 연관되어 있는 유전자들(Oct4, Klf4, Tert 및 Zfp42)의 발현은 CM-25% 그룹에서 대조구보다 유의적으로 증가되었다(p<0.05). 따라서 본 실험의 결과 체외성숙(IVM) 및 체외발달(IVC) 배양액에 25% 수준의 CM의 첨가는 돼지 단위발생 난자의 배발달과 난자의 질적 향상에 기여하는 것으로 사료된다.

돼지 $\beta$-Casein 유전자의 3' 말단 부위의 cis-Acting Element가 유선 상피 세포내의 발현에 미치는 영향 (Effects of the cis-Acting Element in the 3' End of Porcine $\beta$-Casein Gene on the Expression in Mammary Epithelial Cells)

  • 이휘철;김병주;변승준;이승훈;김민지;정희경;이현기;조수진;장원경;박진기;이풍연
    • Reproductive and Developmental Biology
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    • 제32권3호
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    • pp.153-158
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    • 2008
  • 형질 전환 동물 생산에는 조직 및 시기 특이적 발현 조절이 가능하다는 장점 때문에 유즙 내로 외부 유전자를 발현시키는 시스템이 널리 이용되고 있다. 유전자 발현 즉, 단백질 생산은 프로모터의 강도뿐만 아니라 mRNA의 안정성에 의해서도 조절된다. 특히, polyadenylation에 의한 poly A의 길이는 in vivo와 올 in vitro에서 mRNA 안정성 및 목적 유전자의 번역효율에 영향을 준다. 본 연구에서는 이러한 mRNA 안정성이 목적 유전자의 발현에 미치는 영향을 알아보기 위해 3'-UTR 염기 서열을 분석하였다. 이 3'-untranslated region(UTR) 내의 poly A signal을 기준으로 putative cytoplasmic polyadenylation element(CPE) 부위와 downstream elements(DSE: U-rich, G-rich, GU-rich)의 염기 서열을 분석하고, 각각의 element를 기준으로 15 종의 luciferase reporter vector를 제작하여, 생쥐 유선 세포주(HC11)와 돼지 유선 세포주(PMGC)에 각각 transfection시킨 후 48시간 동안 배양하고 luciferase 발현량을 분석하였다. PMGC의 경우, luciferase의 발현은 exon 9의 CPE 2,3 및 DSE 1을 포함한 #6 construct에서 유의적으로 높은 발현량을 보였으며, exon 9의 CPE 2, 3과 DSE를 모두 포함하고 있는 #11 construct에서도 유의적으로 높은 발현량을 보였다. 이러한 결과는 형질 전환 돼지 생산에 있어 #6 및 11 construct의 사용은 목적의 유전자를 효과적으로 발현시키는데 기여할 것으로 사료된다.

Alcohol Fermentation at High Temperature and the Strain-specific Characteristics Required to Endow the Thermotolerance of Sacchromyces cerevisiae KNU5377

  • Paik, Sang-Kyoo;Park, In-Su;Kim, Il-Sup;Kang, Kyung-Hee;Yu, Choon-Bal;Rhee, In-Koo;Jin, In-Gnyol
    • 한국미생물생명공학회:학술대회논문집
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    • 한국미생물생명공학회 2005년도 2005 Annual Meeting & International Symposium
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    • pp.154-164
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    • 2005
  • Saccharomyces cerevisiae KNU5377 is a thermotolerant strain, which can ferment ethanol from wasted papers and starch at 40$^{\circ}C$ with the almost same rate as at 30$^{\circ}C$. This strain showed alcohol fermentation ability to convert wasted papers 200 g (w/v) to ethanol 8.4% (v/v) at 40$^{\circ}C$, meaning that 8.4% ethanol is acceptable enough to ferment in the industrial economy. As well, all kinds of starch that are using in the industry were converted into ethanol at 40$^{\circ}C$ with the almost same rate as at 30$^{\circ}C$. Hyperthermic cell killing kinetics and differential scanning calorimetry (DSC) revealed that exponentially growing cells of this yeast strain KNU5377 were more thermotolerant than those of S. cerevisiae ATCC24858 used as a control. This intrinsic thermotolernace did not result from the stability of entire cellular components but possibly from that of a particular target. Heat shock induced similar results in whole cell DSC profiles of both strains and the accumulation of trehalose in the cells of both strains, but the trehalose contents in the strain KNU5377 were 2.6 fold higher than that in the control strain. On the contrary to the trehalose level, the neutral trehalase activity in the KNU5377 cells was not changed after the heat shock. This result made a conclusion that though the trehalose may stabilize cellular components, the surplus of trehalose in KNU5377 strain was not essential for stabilization of whole cellular components. A constitutively thermotolerant yeast, S. cerevisiae KNU5377, was compared with a relatively thermosensitive control, S. cerevisiae ATCC24858, by assaying the fluidity and proton ATPase on the plasma membrane. Anisotropic values (r) of both strains were slightly increased by elevating the incubation temperatures from 25$^{\circ}C$ to 37$^{\circ}C$ when they were aerobically cultured for 12 hours in the YPD media, implying the membrane fluidity was decreased. While the temperature was elevated up to 40$^{\circ}C$, the fluidity was not changed in the KNU5377 cell, but rather increased in the control. This result implies that the plasma membrane of the KNU5377 cell can be characterized into the more stabilized state than control. Besides, heat shock decreased the fluidity in the control strain, but not in the KNU5377 strain. This means also there's a stabilization of the plasma membrane in the KNU5377 cell. Furthermore, the proton ATPase assay indicated the KNU5377 cell kept a relatively more stabilized glucose metabolism at high temperature than the control cell. Therefore, the results were concluded that the stabilization of plasma membrane and growth at high temperature for the KNU5377 cell. Genome wide transcription analysis showed that the heat shock responses were very complex and combinatory in the KNU5377 cell. Induced by the heat shock, a number of genes were related with the ubiquitin mediated proteolysis, metallothionein (prevent ROS production from copper), hsp27 (88-fold induced remarkably, preventing the protein aggregation and denaturation), oxidative stress response (to remove the hydrogen peroxide), and etc.

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닭의 스트레스 연관 표지인자들의 발현도와 생산능력 간의 상관 분석 (The Relationship of the Expressions of Stress-related Markers and Their Production Performances in Korean Domestic Chicken Breed)

  • 박지애;조은정;최은식;홍영호;최연호;손시환
    • 한국가금학회지
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    • 제43권3호
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    • pp.177-189
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    • 2016
  • 본 연구는 닭의 개체 별 스트레스 연관 표지의 발현도와 이들의 생산능력 간의 연관성을 살펴보기 위한 것으로 토종종계 25계통을 대상으로 텔로미어 함량, 열 스트레스 단백질(HSPs) 유전자 발현율 및 DNA 손상율을 분석하고, 동일 개체들의 생존율, 성장능력 및 산란능력을 조사하여 이들 간의 상관관계를 분석 고찰하였다. 분석 결과, 생산능력 및 스트레스 표지 값들 간에 계통별로 유의한 차이가 나타났는데, 대체적으로 고체중 순계들의 스트레스 지표가 상대적으로 높았으며, 저체중 교잡계들의 스트레스 지표가 낮게 나타났다. 텔로미어 함량과 생산능력 간의 상관성은 20주령 이후부터 유의한 상관관계를 보였는데, 성장능력과는 약한 부(-)의 상관 양상을, 산란능력 및 생존율과는 약한 정(+)의 상관관계를 나타내었다. HSPs 유전자 발현율과 생산능력과의 상관에서 생존율 및 산란지수와는 저도 및 중도의 부의 상관을 보였고, 체중과는 약한 정의 상관관계를 나타내었다. DNA 손상율 분석 또한 체중과는 약한 정의 상관을, 산란지수 및 생존율과는 중도 및 저도의 부의 상관관계를 나타내었다. 이는 체중이 증가할수록 HSPs 유전자 발현율, DNA 손상율 및 텔로미어 감축량이 증가함을 의미하고, 반면 산란능력 및 생존율이 높을수록 HSPs 유전자 발현율과 DNA 손상율은 낮아지고, 텔로미어 함량은 상대적으로 높다는 것을 시사한다. 스트레스 표지 인자들 간의 상호 관계에서 모든 표지 값 간에 유의한 상관관계가 나타났는데, HSPs 발현값과 텔로미어 함량과는 부의 상관을, DNA 손상율과는 정의 상관을 보이고, 텔로미어 함량과 DNA 손상율과는 높은 부의 상관을 나타내었다. 이상의 스트레스 표지 값과 생산능력 간의 상관분석 결과에 따라 닭에 있어 HSPs 및 DNA 손상율의 증가는 텔로미어 감축을 촉진하고, 이에 따라 개체의 항병성 및 강건성을 저하시켜 산란능력과 생존율에 나쁜 영향을 미치는 것으로 판단된다.