유전자변형 동물모델, 당뇨병 연구에 어떻게 이용할 수 있나? 오구택 이화여자대학교 1. Introduction 당뇨병은 전세계적으로 많은 사람들에게 영향을 주는 질병이자 심각한 사회경제적인 문제를 유발하는 질병 중에 하나이다. 이런 당뇨병의 유전적. 환경적 영향을 이해하는 데에 다양한 실험동물이 좋은 도구로 사용될 수 있다. 최근 다양한 종류의 마우스 모델이 당뇨를 연구하는데 사용되고 있다. 위의 표와 같이 다양한 종류의 당뇨 유도 동물 모델이 존재하는데 다양한 화학약품이나 특정 식이를 먹여 비만을 유도함으로써 당뇨를 유도하는 동물모델뿐만 아니라 특정 유전자의 조작을 통해서 유전자를 과발현 시키거나 발현 적중을 유도해서 제작하는 마우스 모델을 통해서 당뇨병에 대한 유전적 영향을 알아볼 수 있다. 2. 유전자 과발현 마우스 제작 (Transgenic mouse) 유전자 과발현 마우스는 특정 유전자를 추가적으로 도입하여 제작한 형질전환 마우스이다. 마우스 수정란(embryo pronucleus)의 웅성 전핵에 특정 DNA를 주입하는 기술을 사용함으로써 제작한 DNA를 동물에 발현 시켜 형질전환을 야기시키는 방법이다. 유전자 적중 마우스 제작 (Knock-out mouse) 유전자 적중 마우스는 특정 유전자를 제거한 형질전환 마우스이다. 유전자 적중 동물이용기술 분야는 가장 활발하게 연구되는 동물생명공학 분야 중 하나이며, 앞으로 의학계 및 연구 분야에서 응용 가능성이 높은 분야이다. 유전자 적중 동물은 특정 유전자를 homologous recombination 원리를 이용하여 배아줄기세포(embryonic stem cell)단계에서 변형(mutation)을 일으켜, 이들을 수정란에 미세 주입하여 발생시킨 동물이다. 이들 동물을 개발하기 위해서는 mouse genomic library를 제작하고 screening하는 기술이 필요하다. Genomic library를 검색하여 얻은 clone을 이용하여 targeting vector를 제작한 후 배아줄기세포에 transformation시켜 수정란에 미세주입 시키는 기술이 필요로 된다. 유전자 적중 마우스에는 크게 두 가지 타입의 적중 마우스가 존재하는데 마우스의 전 장기에서 특정 유전자가 제거된 마우스(conventional knock-out mouse)와 선택적 조직이나 선택적 시간에서 특정 유전자가 제거된 마우스(conditional knock-out mouse)이다. conditional knock-out 마우스는 cre – lox P 제거 시스템을 이용하여서 특정 세포조직이나 특정 시간에 유전자를 제거함으로써 선택적으로 유전자가 제거된 마우스를 제작할 수 있다. - 조직 특이적 유전자 적중 마우스 모델의 예시 지방세포에서 특이적으로 adiponectin 유전자를 제거한 mouse제작 adiponectin 유전자를 이용해서 conditional knockout mouse를 제작한다. 이후 지방세포에 특이적으로 해당유전자를 제거 할 수 있는 Fabp4 cre mouse와 교배시킨다. Fabp4 cre mouse의 경우에는 Fabp4라는 adipose tissue에서 발현하는 특정 유전자의 promoter에서 cre recombinase 를 발현하게끔 제작한 mouse이다. 이러한 cre recombinase는 adiponectin conditional knockout mouse에 존재하는 loxP site를 제거하게 되면서 adiponectin 유전자가 정상적으로 발현을 할 수 없도록 한다. 그로인해 adipose tissue에서만 특이적으로 adiponectin유전자가 발현하지 못하게 된다. 3. 당뇨 마우스 모델 당뇨병을 유전적인 조작을 통해 유도할 수 있는 마우스 모델에는 여러 가지 종류가 존재한다. 제 1형 당뇨와 제 2형 당뇨의 발병원인에 차이가 있기 때문에 각각 다른 종류의 마우스 모델을 이용하여 효과적으로 연구에 적용할 수 있다. Type 1 diabetes Main features Possible uses AKITA mice Beta cell destruction due to ER stress. Insulin dependent New formulations of insulin Transplantation models. Treatments to prevent ER stress (could also be used in type 2 diabetes research) Type 2 diabetes Main features Possible uses hIAPP mice Amyloid deposition in islets Treatments to prevent amyloid deposition Treatments to improve beta cell survival AKITA mice Beta cell destruction due to ER stress. Treatments to prevent ER stress Treatments to improve beta cell survival