Studies on maternal mRNA provisioning strategy and early immune training potential in Siberian sturgeon (Acipenser baerii)

Abstract

시베리아 철갑상어(Acipenser baerii)는 고생대로부터 진화한 가장 원시적인 현존 어류 중 하나로, 느린 발생 속도, 고영양성 난자, 미성숙한 면역 기관 등 독특한 생물학적 특성을 지닌다. 이러한 특성은 초기 발생단계에서 생존을 위해 다양한 모계 유래 인자(maternal factors)의 탑재와 선천면역 활성의 조기 구축이 필요함을 시사한다. 본 연구에서는 철갑상어의 초기 발생단계에서 작동하는 방어 메커니즘을 분자생물학적으로 규명하고자 하였다. 첫째, 난모세포의 성숙단계별 RNA-seq 분석을 통해 모계 mRNA의 탑재 시기, 성숙단계에 따른 유전자 발현 변화, 그리고 최종적으로 배란 난자에 축적되는 유전자군을 확인하였다. 그 결과, 세포 주기, 조직 분화, 항산화 반응, 면역 방어에 관련된 유전자들이 난의 성숙에 따라 조절됨을 밝혔으며, 이는 체외수정 및 발생을 겪는 어류에서 진화된 host defense 전략의 일환으로 해석된다. 둘째, 난황 자어(prelarva)를 대상으로 선천면역 반응 및 훈련면역(trained immunity) 유도 가능성을 평가하였다. 병원균 Aeromonas hydrophila 및 화학 자극물(LPS, Poly I:C)을 microinjection 방식으로 주입한 결과, Hamp1, HPX, SOD3 유전자가 농도 및 시간 의존적으로 유도되었다. 특히 A. hydrophila로 사전 훈련된 난황 자어는 화학 자극물로 훈련된 개체에 비해 생존율이 유의하게 높아, 훈련면역의 유도 가능성을 입증하였다. 아울러, pronephros 형성 이후의 배아 단계에서도 훈련면역이 최초로 유도될 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 철갑상어 초기 발생기에 작동하는 선제적 유전자 보호 체계와 선천면역 기반 방어 전략의 존재를 보여주며, 원시 어류의 면역 발달 전략 및 체계적 host defense system의 진화에 대한 이해를 고도화 시키며, 나아가, 본 연구는 난의 품질 개선, 종묘 생존율 향상, 질병 저항성 증진 등 양식 산업에서의 실용적 응용 가능성에 대한 과학적 근거를 제공할 수 있다