Cell signaling pathways and gene expression involved in the regulation of sexual maturation in the Pacific oyster, Crassostrea gigas (Magallana gigas)

Abstract

본 연구에서는 주요 양식해역인 통영에서 수하한 참굴을 대상으로 참굴의 성장과 성숙에 관여하는 유전자와 단백질 신호전달 경로와의 관계를 조사하기 위해 생식주기를 관찰한 후, 암/수 생식소를 대상으로 유전자와 단백질 발현을 확인하였다.

1. 생식주기 연구에 사용된 참굴은 통영 사량도 부근 해역에서 연승수하식으로 양성하였다. 2020년 5월부터 수하시킨 참굴을 2020년 8월부터 2021년 7월까지 매달 무작위로 50개체씩 샘플하였다. 성숙에 관여하는 gene과 참굴의 생식소 내에서의 신호전달 경로를 확인하기에 앞서, 정확한 생식주기를 파악하기 위해 매달 20개체의 샘플을 무작위로 고정하여, H&E 염색을 통해 암/수를 구분하고 발달단계별 생식주기를 조사하였다. 참굴의 성숙기는 암컷과 수컷 모두 8 – 10월, 4 – 6월이었다. 암컷은 산란이 시작되기 전인 5월에 완숙한 상태의 생식소를 관찰할 수 있었으며, 본 연구에서 밝혀낸 월별 비만도 지수, 연체부 중량 지수 및 조직학적 결과를 종합적으로 확인하였을 때, 암컷의 산란기는 7 – 10월, 수컷의 산란기는 6 – 10월로 나타났다.

2. 성발달과 성숙에 관여하는 gene의 발현 참굴의 성발달 및 성숙에 관여하는 gene을 암컷과 수컷의 생식소에서 관찰하였다. 참굴에서는 포유류와 달리 암컷과 수컷의 생식소 모두 동일하게 성발달 및 성숙에 관련된 gene이 발현되었으며, 이들은 Cg-dax1, Cg-dmrt1, Cg-fgf9, Cg-fog2, Cg-foxl2, Cg-IGF-1 Receptor, Cg-sox9, Cg-SRY, Cg-vasa, Cg-wnt4, Cg-β-catenin gene인 것으로 확인되었다. 이번 연구에서는 단순히 gene의 발현 유무를 확인한 것으로, 추후에 이 gene의 기능이 특정한 성과 관련된 gene의 기능과 같은 역할을 하는지에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.

3. 생식소 내에서의 단백질 신호전달 경로 참굴의 생식소는 포유류나 어류처럼 기관이 나뉘어있는 것이 아니라, 소화 맹낭을 중심으로 생식소가 형성되고 성숙이 일어난다. 따라서 본 연구에서는 육안으로 생식소의 구분이 확실하게 되는 2020년 8 – 10월, 2021년 4 – 7월의 참굴의 생식소를 실험에 사용하였다. 본 실험에서는 단백질 신호전달의 경로가 주되게 일어나는 암컷 생식소를 대상으로 조사하였다. 생식소에서 IGF-1R와 EGFR의 인산화가 실험 기간 동안 일어나는 것을 확인하였다. 활성화된 IGF-1R는 결합단백질 중에 IRS-1의 PHB domain과 결합하게 되면 인산화가 일어난다. 이후에 PI3Kp85는 바로 IGF-1R 또는 EGFR에 결합하여 활성화되거나 IRS에 의해 활성화가 일어난다. 활성화된 PI3Kp85는 AKT를 활성화 시킨다. 활성화된 AKT는 세포의 분화, 성장, 및 성숙에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서도 생식소가 성숙하고 산란하는 기간에 PI3Kp85/AKT의 경로를 확인할 수 있었고, 실험 기간 내내 인산화된 AKT의 활성이 높게 나타났다. 하위 신호전달 중 마지막에 성장 및 성숙에 영향을 주고 핵 내로 신호전달이 일어나는 phospho-ERK의 높은 활성을 실험 전 기간 동안 확인할 수 있었다. 또한, 난소의 성장과 발달에 영향을 주는 것으로 알려진 Wnt/β-catenin의 신호전달을 참굴의 생식소에서 확인하였다. 결론적으로, 참굴의 생식소에서도 IGF-1, EGF와 Wnt에 의한 세포 내 신호전달 경로가 일어나 성숙에 영향을 주는 것으로 보인다.