복제동물생산에 있어서 대자축 증후군 발생과 관련유전자 = Incidence of Large Offspring Syndrome(LOS) and LOS-related genes in Animal Cloning

국문 초록 (Abstract)

복제기술과 유전자 이식기술의 최근 진보는 가축에서 자축의 대량생산과 능력개량 및 사람에서의 약용단백질과 이식용 조직생산의 새로운 계기를 제공해 주고 있다. 그러나 이런 보조번식기술의 보다 넓은 응용이 자축 생산의 효율성이 낮고 태아 소실을 초래하는 여러 선천성 기형발생으로 인해 크게 제한되고 있다. 복제수정란 이식에서 자축의 생시체중이 크고 생존율이 낮은 즉 대자축 증후군(LOS)이 보고되어 있다.
반추가축에서 나타나는 이런 비정상적인 증세가 태아성장을 조절하는 유전자들의 후생성 변화로 일어나는 사람의 과성장과 매우 유사하다. 게놈낙인은 양친 유전자의 발현이 서로 다르게 발현되는 후생성 과정인데 이런 낙인유전자가 태아발달에 결정적 역할을 하고 있다.
수정란을 미세조작 또는 체외배양동안에 부적절한 조건에 노출될 경우 이러한 낙인과정에 잘못이 일어나고 태아성장에도 이상이 발생될 수 있다.
일반적으로 부성 발현의 IGF2는 태아성장을 촉진, 모성발현의 H19는 성장을 제한한다. 정상 태아발생에서는 부성 H19와 모성 IGF2는 상반되게 낙인되어 진다. 만일 H19가 결실될 경우 DNA 메칠화가 변화되고 IGF2가 양대립 유전자 발현이 일어나며 IGF2-H19 좌에서 낙인에 문제가 발생시 사람의 BWS와 같이 선천적 과성장이 일어난다. 대부분 BWS의 경우 IGF2 양대립유전자 발현이 관찰된다. 모성 H19의 장해는 모성 IGF2의 발현이 일어나고 결국 양대립유전자의 과발현이 일어난다.
모성발현의 IGF2R 유전자의 결실에서 생시체중의 증가와 기관의 과성장 및 신생자의 폐사가 일어난다. CNK2C(p57^kip2)도 IGF2의 발현을 억제한다. 최근 LITI와 IGF2의 낙인 잘못이 BWS 환자중 50%와 20%에서 각각 관찰되었으며 IGF2-H19와 p57^KIP2-LITI은 생리적으로 연관된 것으로 알려져 있다. GPC3는 비낙인 유전자이고 X-염색체 연관유전자로서 IGF-Ⅱ와 상호작용하는데 이 유전자 제거 생쥐에서 사람의 SGBS와 유사한 과성장을 나타내고 있다. Mash-2와 Pegl/Mest는 태반발달에 주요한 역할을 한다.
반추류 복제에서 관찰되는 성장이상의 사람의 BWS와 SGBS와 유사한 점은 관심있게 주시할 문제이며 이것들에 관여된 낙인유전자들이 가축에서도 또한 LOS나 LOS관련 선천적 이상을 일으키는 후보유전자일 수 있겠다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recent advances in cloning and gene transfer technologies have allowed many new opportunities for mass production of offsprings and genetic improvement in domestic animals and for production of pharmaceutical proteins and tissues in human medicine. However, widespread application of these assisted reproductive techniques has greatly been limited by low productive efficiency of live offsprings and a variety of congenital abnormalities resulting in embryonic and fetal loss.
It has been reported that offsprings produced from cloned embryos are charcterized by undesirably high birth weights and low survival rate, termed as Large Offspring Syndrome(LOS). These abnormal syndromes in domestic ruminants have strong resemblance to those of naturally-occurring human overgrowth, which a rise as results in epigenetic alteration of genes regulating fetal growth. Genomic imprinting is epigenetic process and imprinted genes play crucial role in fetal growth.
Exposure of embryos to pertubative conditions during maniplation or in vitro culture could lead to introduction of imprinting errors and consequently aberrant fetal growth. Paternally expressed IGF2 generaly promotes fetal growth and maternally expressed genes(H19, IGF2R, etc) limit fetal growth and in normal embryo development, paternal H19 and maternal IGF2 is reciprocally imprinted.
Deletion of H19 locus alters DNA methylation and causes biallelic expression of IGF2 gene. Deregulation of imprinting at IGF2-H19 locus is implicated in congenital overgrowth such as human Beckwith-Wiedemann Syndrome(BWS). Most cases of BWS was involved in IGF2 biallelic expression. Disruption of maternal H19 gene results in derepression of maternal IGF2 and IGF2 is overexpressed from both alleles. Maternally expressed IGF2R gene results in increased birth weights as well as organ overgrowth and perinatal lethality.
CNK1C(p57^KIP2) gene could also lead to repression of IGF2. Recently, imprinting loss of LITI and IGF2 gene was found in 50% and 205 of BWS patients, respectively. It is known that IGF2-H19 and p57^KIP2-LITI was physiologically linked. GPC3, non-imprinted, X-linked gene may interact with IGF-Ⅱ and GPC3-knockout mouse exhibit developmental overgrowth, similar to that in human Simpson-Golabi-Behmel Syndrome(SGBS). Mash-2 and Pegl/Mest gene have important roles in placement development.
It is interesting note that growth abnormalities in ruminant cloning bear some resemblances to human BWS and SGBS, which were affected by disruption of imprinted gene function. These genes may also be possible good candidates for involvement in livestock LOS and LOS-associated congenital abnormalities.