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모체열충격에 의한 Hsp70 유전자결손 생쥐 태아의 연골내 뼈발생의 지연
유성환,(Seong-Hwan Yoo) 이진(Jin Lee),안상길(Sang-Gil Ahn),김원규(Won-Kyu Kim) 대한해부학회 2005 Anatomy & Cell Biology Vol.38 No.3
실험동물 및 사람에서 모체의 고열은 선천성기형을 유발하는 기형유발물질의 일종으로 인정되고 있다. 세포배양실험에서 세포가 고열에 노출되면 세포내 Hsp70이 증가한다고 알려져 있으나 포유류에서는 그 방어기전이 아직 불명확하다. 따라서 유전자 조작을 통하여 Hsp70이 결손된 생쥐를 제작하고, 임신시킨 후 고열에 노출하여 선천성기형을 동반한 태아의 비율을 정상생쥐와 비교하면 Hsp70의 방어기전을 간접적으로 확인할 수 있으리라 생각된다. 또한 fibroblast growth factor 8 (FGF-8)은 창자배 발생과정부터 작용하여 안면부와 팔다리의 초기발생에 중요한 역할을 하며, 팔다리싹(limb-bud)이 출현하기 전부터 발현되어 팔다리의 꼭대기외배엽능선에서 강하게 발현된다고 알려져 있다. 그러나 중간엽으로부터 연골이 형성되고 연골내뼈발생과정이 진행중인 긴뼈에서 FGF-8의 역할에 대한 보고는 거의 없다. 위팔뼈 발생에 미치는 모체열충격의 영향을 관찰하기 위하여 선천성기형을 동반한 Hsp70 KO 태아를 실험군으로, 선천성기형을 동반하지 않은 정상태아(Hsp70 WT)를 대조군으로 정하여 alizarin red S 및 alcian blue 이중염색과 FGF-8 면역염색을 시행하였고, 연골내뼈발생가 진행중인 연골의 증식대 세포 및 바탕질의 미세구조를 투과형 전자현미경으로 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 대조군 위팔뼈 평균 길이에 대한 실험군 위팔뼈 평균 길이의 비율은 1 : 0.58이었으며, 대조군에서 위팔뼈평균길이에 대한 뼈발생부분의 평균길이의 비율은 1 : 0.46이었고, 실험군에서는 1 : 0.18이었다. 2. 꼭대기외배엽능선은 대조군에서는 FGF-8 면역염색에서 양성반응을 나타내었으나 실험군에서는 반응을 보이지 않았다. 실험군 위팔뼈은 대조군에 비하여 발생과정이 지연되어 있었고, 태령 제17일에서 증식대의 세포는 FGF-8 면역염색에 반응을 보이지 않았다. 3. 전자현미경소견상 실험군 연골세포내 사립체는 분화과정이 대조군에 비하여 지연되어 태령 제17일에서도 소포형의 사립체능선으로 이루어져 있었다. 연골바탕질내 아교섬유는 대조군에 비하여 느슨하게 배열되어 있었으며, 바탕질과립도 감소되어 있었다. 이상의 결과를 종합하면 모체열충격은 FGF-8의 발현을 억제하고, 증식대 연골세포내 사립체의 분화를 지연시켜 연골바탕질의 합성 및 분비에 관련된 세포내소기관이 필요로 하는 에너지를 충분히 공급하지 못하여 위팔뼈의 연골내 뼈발생과정을 지연시키는 것으로 생각된다. To investigate the effects of maternal hyperthermia on the endochondral ossification, pregnant Hsp70 knock-out and wild type mice at gestational day (GD) 8 were immersed in 43?C water bath until their body core temperature reached at 43?C. Thereafter, pregnant mice were given more 5 minutes hyperthermic exposure. Fetuses were collected at GD 15 and photographed for external appearance analysis. In addition, heat treated Hsp70 fetuses with external congenital anomalies and heat untreated wild type fetuses were used as experimental and control animals, respectively. Developing humeri at GD 17 were stained with alizarin red S and alcian bue according to the method of Kimmel and Trammell (1981). Developing upper limbs were immunostained for FGF-8, and observed with light and transmission electron microscope. 1. The proportion of average length of the humerus in heat untreated group to heat treated group was 1 : 0.58. The proportion of average length of calcified part to average whole length was 1 : 0.46 in control and 1 : 0.18 in experimental group, respectively. 2. Apical ectodermal ridge was positively reacted to FGF-8 immunohistochemistry in the control group, but not in the experimental group. The humerus of experimental group showed more delayed endochondrial ossification than that of control group. The chondrocytes in the proliferating zone did not react in the experimental group. 3. Collagen fibers were loosely arranged in the experimental group. Mitochondria possessed early staged mitochondrial cristae, i.e. vesicular type in the experimental group. The results of this study suggest that maternal hyperthermia may inhibit the expression of FGF-8 in the developing upper limb, resulting in delayed endochondral bone growth of the humerus.
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