• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.20-20
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• 2017

Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.97-97
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• 2017

Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.

• 환경생물
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• 제17권3호
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• pp.285-292
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• 1999

플라스틱 제품의 가소제로 널리 사용되며, 최근 내분비 교란물질로 알려져 있는 di-(2-ethylhexyl)phthalate(DEHP)를 흰쥐에 15일 동안 구강 투여(1g/kg/day, 2g/kg/day, 3g/kg/day)한 후, 정자형성과정에 연관된 정소의 기능과 구조에 미치는 영향을 조사하였다. DEHP 처리군에서는 대조군에 비하여 체중 증가율이 감소하였을 뿐만 아니라 정소의 무게도 감소하였다. 또한 세정관의 직경이 고농도군으로 갈수록 작아지는 경향을 보였으며 세정관내의 세포층이 감소하는 현상이 나타났다. 미세구조의 변화를 관찰한 결과, 실험군은 세정관내 세포사이 공간이 증가하였으며 정원세포와 정모세포의 수가 감소하였고, 세포질내 공포가 증가하는 것이 관찰되었다. 또한 세정관내 Sertoli 세포의 전체 세포질 양이 감소하는 경향을 보였고, 정원세포의 경우 핵막 이중층이 분리되는 현상을 보였다. 특히 고농도군의 세정관내에서는 Sertoli 세포 이외의 세포는 거의 관찰되지 않았으며, 세포사이 공간과 공포들이 상당히 증가하였다. Sertoli 세포의 핵막은 심하게 함입된 형태를 나타냈으며 이질염색질이 증가하여 염색질의 덩어리를 이루고 있었고, Sertoli 세포들을 지지하는 기저판은 심하게 굴곡된 형태를 보였다. Leydig 세포의 미세구조에 있어서도 실험군은 대조군과 비교하여 현저한 차이를 보였다. 세포질내의 활면소포체와 핵막 이중층이 심하게 팽대되는 경향을 보였으며 핵내에 이질염색질이 상당히 증가하고 세포질내 리소솜이 증가하는 특징을 보였다.또한 혈청내 테스토스테론 함량에 있어서도 실험군은 현저히 낮은 수치를 나타냈다. 결론적으로, DEHP는 정소의 발달을 농도의존적으로 저해하고, Leydig 세포의 테스토스테론 합성기능을 저해하며, 이어서 세정관내부의 Sertoli 세포의 구조와 기능을 손상시켜 생식세포들의 괴사를 유도하는 과정을 통해 일련의 정자형성과정을 억제하는 것으로 사료된다.

• Applied Microscopy
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• 제29권3호
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• pp.353-362
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• 1999

플라스틱 제품의 가소제로 널리 사용되며, 내분비 교란물질로도 알려져 있는 di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP)를 사춘기 이전 흰쥐에 1주일 동안 구강 투여 (1g/kg, 3g/kg, 5g/kg)한 후 분화중인 정소의 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다. DEHP 처리군에서는 대조군에 비하여 세정관 직경이 매우 작았으며, Leydig 세포, Sertoli 세포 및 분화중인 생식세포들의 증식이 억제되었다. 실험군에서 세정관 사이에 존재하여 테스토스테론을 분비하는 Leydig세포는 이질염색질이 증가하고, 세포질내에서 활면소포체의 발달이 미흡하였으며, 리소솜과 지방적이 증가하는 특징을 보였다. 세정관 내에서 Sertoli 세포는 세포질의 크기가 감소하고, 핵막이 불규칙해지거나, 염색질이 응축되어 있는 모습이 나타나며, 세포질내에서 리소솜과 액포들이 증가하였다. 실험군 흰쥐 정소내에서 분화중인 생식세포들의 핵은 이질염색질이 증가하거나, 응축되어 있고, 인의 분리현상이 관찰되기도 하며, 심한 경우 핵내에 공포가 형성되어 있거나, 괴사과정에 있는 생식세포들도 관찰되었다. 이와 같은 정소 미세 구조의 변화는 DEHP 투여량의 농도에 의존성을 보이며, 이 화합물은 Leydig 세포의 테스토스테론 합성 기능을 방해하고, 이어서 Sertoli 세포의 구조와 기능이 손상되어 정자형성과정 중인 생식세포들의 증식과 분화가 억제되는 것으로 사료된다.

• Applied Microscopy
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• 제29권1호
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• pp.57-66
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• 1999

한국산 플라나리아 뇌신경절을 실험에 사용할 수 있도록 적당한 크기로 적출하여 부위별로 잘라낸 후 2.5% paraformaldehyde-3% glutaraldehyde로 1시간 30분 전고정을 하고 이러서 $OsO_4$로 2시간 후 고정을 한 다음 전자현미경 관찰방법에 따라 실험한 후 다음과 같은 결론을 얻었다. 뇌신경절을 구성하고 있는 세포는 신경세포와 신경분비세포, 신경아교세포 그리고 신경섬유들로 이루어진 신경망 등이었다. 신경세포는 직경이 $5{\mu}m$ 정도인 원형 또는 타원형의 작은 세포로서, 핵은 타원형체로 세포질에 비해 크고 이질염색질이 고르게 발달해 있었으나, 세포질은 세포 소기관의 발달이 미진하여 비교적 단순하게 보였다. 신경분비세포는 그 모양이 긴 타원형이거나 방추형세포로서 타원형의 큰 핵을 소지하였다. 또한 이들의 세포질속에는 직경 60nm 정도의 분비성과립들로 가득차 있었다. 신경아교세포는 매우 드물게 나타나는 방추형의 세포로서 (크기, $6\times0.8{\mu}m$) 이들은 신경섬유 사이에서 주로 관찰되었다. 신경망을 구성하고 있는 신경섬유와 신경종말 속에는 사립체와 신경소관 그리고 4종류의 분비성소포(직경, 75nm, 50nm, 그리고 37nm 정도의 전자밀도가 높은 과립소포 3종과 30nm 크기의 전자밀도가 낮은 투명과 립소포 1종) 등이 존재하였는데, 이들은 단일소포 형태와 혼합소포형태로 존재하였다. 또한 이들의 신경연접 형태는 축삭-수상돌기연접과 축삭-축삭돌기연접 등의 신경 연합만이 주로 관찰되는 특징을 보였다.

• 한국동물학회지
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• 제22권3호
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• pp.103-114
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• 1979

양서류 피부과립선의 미세구조를 관찰하기 위하여 무미양서류인 무당개구리(Bombina orientalis), 두꺼비 (Bufo bufo gargarizans), 개구리 (Rana nigromaculata) 및 옴개구리 (Rana rugosa)의 피부조직은 2.5% glutaraldehyde-paraformaldehyde (pH 7.2)와 1%osmium tetroxide에 전후 고정한 후 ethanol과 acetone으로 탈수, Epon 812 mixture에 포매하여 LKB ultramicrotome으로 초박절표본을 만들어 uranyl acetate와 lead citrate으로 염색하여 JEOL-100B형 전자현미경으로 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 양서류 피부과립선은 선상피세포와 근상피세포로 이루어졌다. 2. 양서류 피부과립선의 선상피세포는 암세포들로 구성되었으나 무당개구리에서는 명세포도 관찰되었다. 3. 양서류 피부과립선은 전분지를 하였다. 4. 양서류 피부과립선 상피세포의 핵은 원형 내지 타원형으로 크고 작은 핵경함요를 보였고, heterochromatin은 주로 핵경 인접부에 많았다. 세포질에는 mitochondria가 핵주변부에 비교적 많이 산재하였고, rough-surfaced endoplasmic reticulum은 핵 주변부에 발달하였지만 smooth-surfaced endoplasmic reticulum은 미약하였다. 5. 분비과립들은 구형 또는 난형으로 높은 전자밀도를 보였으며 다소 약한 전자밀도를 보이는 과립도 관찰되었다. 6. 양서류 과립선내 분비과립들이 같은 세포내에서 다소 전자밀도의 차이를 보이는 것은 분비과립의 형성단계에 따른 농도 차이에 기인하며 그 화학적 조성은 유사하다고 생각된다.

• Journal of Genetic Medicine
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• 제7권2호
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• pp.160-164
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• 2010

Y 염색체의 구조적 이상은 남성의 정상적인 고환의 분화와 정자생성과정에 영향을 미친다. 본 증례의 무정자증 남성의 혈액세포에서 관찰된 비정상 Y 염색체는 SRY를 포함한 부분적 단완 중복과 Yq12 이질염색질 결실로 재배열된 일동원체성 derivative Y 염색체이다. 이러한 형태의 Y 염색체에 대해서는 매우 드물게 보고되어 있다. 이는 분자세포유전학 및 분자유전학 검사를 통하여 46,X,der(Y)(pter${\rightarrow}$q11.23::p11.2${\rightarrow}$ pter).ish der(Y)(DYZ3+,DYZ1-,SRY++) 의 결과를 얻었다. 증례의 남성은 비정상 Y 염색체를 가졌음에도 불구하고 정상적인 고환의 크기와 혈액내 성호르몬의 수치는 정상이었다. 하지만 양측성 정계정맥류와 고환생검결과 정자형성기능저하증의 소견을 보였다. 이러한 비정상 Y 염색체는 부계의 감수분열 또는 배발생 초기 단계에서 Y 염색체 자매염색분체의 재배열 또는 Y 염색체내 비대립동종재조합(Non-allelic homologous recombination) 현상 때문에 일어난 것으로 생각되며 환자의 생식세포 분열과정 중 X-Y 성염색체 PAR1 (pseudoautosomal region 1) 부위가 접합하는 2가염색체 (X-Y bivalent) 형성장애기전으로 정자생성 또는 정자성숙 단계에 문제가 생긴 것으로 생각된다. 또한 남성특이영역(male specific region of the Y chromosome, MSY)에서 불임과 관련된 유전자들의 결실과 변이 등의 원인도 배제할 수 없을 것이다. 본 증례는 무정자증 불임남성의 생식과 관련된 표현형이 다양한 원인으로 결정될 수 있음을 시사하며 아울러 불임남성에 대한 보다 정확하고 자세한 분자 세포 유전학적 분석들이 불임 남성의 치료에도 도움이 될 것이라 생각한다.