Transcript 제5강 마우스 제1장 명명법 - 서울대학교 수의과대학 실험동물의학교실

제5강 마우스
제1장 명명법
서울대학교 수의과대학 박재학
SNU LAM
기원과 역사
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설치 목, Muridae 과, Murinae 아과, Mus 속
어금니와 두개골의 해부학적 성상을 보면 다른 설치류
와 구분할 수 있다
Mus musculus가 실험용 연구에 가장 많이 쓰이는 종
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M musculus musculus(동유럽)와 M musculus domesticus(서
유럽 형) 의
혼합형이다.
1980년 중반이래 많은 계통들이Asia mice (M m castaneus;
태국, M m molossinus;일본)와 M spretus로부터 개발되었다.
쉽게 사육하고 번식 할 수 있는 작고 경제적인 동물
유전학적으로 지구상의 포유 동물 중에서 가장 잘 밝혀
진 동물
복잡한 유전자조작 마우스, 즉 유전자를 과발현 시키거
나 특정유전자를 변이시킨 마우스를 생산함으로서 실험
용 마우스가 실험용 동물 중에서 가장 많이 그리고 가장
널리 사용되는 동물로 되었다.
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유전학
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1900년대부터 마우스 유전자의 mapping이 시작
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최초의 상염색체 유전자로서 albino와 pink-eyed dilution의 연관이
1915년 밝혀졌다
광범위한 연관지도와 여러 종류의 근교계가 복잡한 유전학의 연구에
이용되고 있다.
40개의 염색체
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band의 형태나 크기에 따라서 분류
크기가 적은 숫자순으로 아라비아 숫자로써 명명
1970년 중에 염색체의 재 배열이 이미 알려진 연관 군을 재배열 하기
위하여 사용되었는데, 그때는 Roman 숫자에 의해서 구별되었고, 중심
체와 관련된 유전자 좌의 순서를 결정하기 위하여 특정 염색체를 확인
하는데 사용되었다.
유전자는 FISH를 통하여 염색체상에서 물리적으로 위치를 파악
Genome Initiative Program을 통하여 분자유전학적으로 마우스 염색
체에 대한 유전자 지도를 개발
마우스 유전체의 해독은 2003년에 완성되었다.
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근 교계 마우스
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면역학, 종양학, 심맥관계 질병, 대사성질병, 미생물, 생화학,
약리학, 생리학, 해부학, 발생생물학, 방사선학에 있어서 아주
가치 있게 이용
자연발증 또는 인위적인 유발 돌연변이 마우스, 특이한
질병에 감수성이 있는 계통
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기초 의학에 있어서 폭 넓게 모델로써 이용
뇌하수체 기능에 영향을 주는 또는 호르몬을 생산하는 유전자
의 자연발증 돌연변이계통
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LDL수용체나 apolipoprotein유전자에 돌연변이를 유발시킨 동
물
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인간의 왜소증 모델
심혈관계 이상을 연구하는데 모델 동물
NOD(nonobese diabetic) 계통
•
인간의 인슐린 의존성 당뇨병의 모델
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• 마우스는 또한 기초의학에 있어서 시약으로도
제공
– 단클론 항체
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근교계의 특정 조직 적합성을 보이는 계통은, 매우 일정하
게 특정 면역글로브린을 무한정 생산하면서 세포가 영원히
죽지않토록 해주는 형질세포종양의 공여자로서 광범위하게
이용된다. 이러한 기술을 통하여 연구를 위해서 이용되는
광범위한 마우스 항체분자를 만들 수 있게 되었다.
• Quantitative trait loci methodology의 개발과
인간과 마우스의 유전체의 유사성
– 인간의 가장 흔한 유전성 질병의 복잡한 병리발생 양
상과 유전자를 확인하는데 없어서는 안될 귀중한 자
료로 이용
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번식체계와 명명법
• 번식체계
• 실험용 마우스는 계통과 사육체계에 의해
서 구분
• 근교계 마우스의 계보는 Mouse Genome
Database(http://www.informatics.jax.or
g)에서 찿을 수 있다.
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근교계
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1909년에 Jackson Lab.의 설립자인 Clarence Cook Little에 의해서 최초
로 개발
유전학적 동질성이 아주 높다
한 근교계내의 마우스들은 실질적인 연구목적에 대해서, 유전학적으로 같
은 계통과 같은 성의 마우스는 서로 동일 하다고 여겨진다.
형매 교배를 20대 이상하여 생산되는 것으로 정의
근교계는 비교적 적은 동물 수를 가지고도 실험결과의 재현성을 얻을 수
있기 때문에 그 가치가 높다.
유전적인 mapping에 많이 쓰인다.
유전적으로 잘 동정
상동염색체의 조합이 linkage crosses에 대해서 미리 예측
Mus musculus castaneus 와 M. spretus의 야생마우스 유래 근교계는
mapping에 광범위하게 사용 되는데 그 이유는, 표준적인 근교계 마우스와
는 상당히 많은 다형성의 차이를 가지고 있기 때문이다.
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F1 교잡마우스
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두 근교계 마우스를 교배하므로서 생산
유전적으로 서로 동질성을 갖고 있다
연구에 있어서 상당히 많은 동물을 제공
근교계 계통들은 행동학적으로 또는 학습
능력에서 차이가 날 수 있는데, 교잡마우
스는 학습을 하는데 또는 행동학적으로 비
정상인 현상이 잘 일어나지 않는다.
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돌연변이 근교계
• 자연적인 또는 화학물질 등에 의한 인위적
인 돌연변이
• 형질전환이나 knockout 마우스 같은 유전
자 조작 마우스
• 염색체 이상을 갖고 있는 마우스
• 유전적 배경은 보통의 근교계와 동일하지
만 그 계통의 모든 또는 일부의 마우스가
돌연 변이 (또는 염색체 이상)를 보이는
동물
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• 분리 근교계 돌연변이 계통에서 돌연변이 마우
스는 변이가 일어난 부분만 변이가 일어나지 않
은 다른 형제와 다르다. 따라서 한배의 형제 실
험에서 대조군으로 사용 될 수 있다.
• Homozygous mutant strain의 대조군은, 같은
계통 또는 밀접하게 관련성이 있는 근교계 중 돌
연변이가 일어나지 않은 마우스이어야 한다.
• C57BL/6J 마우스는 homozygous mutant
C57BL/6J-m/m의 대조군으로서 공여된다.
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Coisogenic & congenic
• Coisogenic
– 한 계통 내에서 관심대상의 유전자가 돌연변
이가 일어났을 때 그 계통
• congenic
– 관심 있는 유전자 또는 돌연변이가 다른 계통
이나 stock에 반복된 역교배를 통해서 이전
되었을 때 그 계통
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Outbred
• 유전적으로 heterogeneous
• 근교계를 최소화하도록 고안된 번식체계
에 의해서 생산
• 아주 높은 유전적인 이질성이 요구될 때,
또는 실험에 대해서 많은 동물의 수가 필
요할 때 이용된다.
– 이질성을 획득하기 위해서 가능한 한 많은 수
의 근교계를 서로 교잡하므로서 유전적인 이
질성을 확립하는 것이 바람직하다.
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Random bred
•
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털 색이나 조직 적합 유전자좌나 효소, 그리고 DNA 다양성 그리고 다른 특징들이
서로 틀릴 수 있다.
번식용동물의 통계학적인 임의 선발이 필요
–
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임의교배 또는 비근교계번식은 대규모의 집단에서만 수행할 수 있다.
–
•
소규모의 집단이나 또는 건강상태를 향상시키기 위해서 재파생의 유전적인 병목을 통과하
는 집단은 유전적인 이질성을 감소시키고 결국에는 순종화가 된다.
임의육종 번식집단은 종종 유전적으로 homogeneous한 것들이 있다
–
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난수표라든지 컴퓨터 프로그램으로서 이루어진다.
표준적인 임의교배 방식이라면25개의 번식 쌍 집단에서 heterozygosity는 한 세대당 1%
씩 감소할것이다.
관리하기 쉬운 임의교배 방식
–
순환교배 방식
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•
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각 쌍이 단지 한번만 교배에 사용
케이지는 실제로 순환하는 것처럼 보인다
각 케이지에는 n번째 세대의 마우스 한 쌍식만 갖고 있다.
다른 순환 set cage는 n+1 생산을 위한 번식집단으로서 제공한다.
n세대에서의 각각의 번식쌍은 한 마리의 암컷과 한 마리의 수컷을 n+1집단에 제공한다.
임의교배 방식은 n세대의 각각 다른 번식쌍으로부터 유래된 유래된 암컷과 수컷을 n+1에 있는 다
른 케이지에 할당하므로서 이루어 지는 것이다.
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Recombinant inbred strain
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두 근교계를 서로 교배 함으로서 생긴 F2세대로부터의
마우스를 임의로 교배 시켜서 개발된 근교계
homozygosity를 얻기 위해서 20대 이상의 형매교배를
통해서 번식
생산하는데 약 7년이 걸릴 수 있다.
그 선조계통 과의 사이에 차이를 보일 수 있는 형질 또
는 양적인 유전적 차이를 mapping하는데 가치가 있다.
–
•
각 line은 근교계이며 유전적인 표현형의 자료가 축적되어있기
때문이다.
특성상 환경의 다양성을 조절하는데 가치가 있다
–
각 계통으로부터 유전적으로 동일한 마우스가 특성상 새로운
계통으로 분류 될 수 있기 때문이다.
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Recombinant congenic strains
• Recombinant inbred strain sets과 유사
한 방법으로 생산
• 틀린 점은 F1 생산 이후에 부모의 한쪽으
로 역교배를 한번 또는 두번 이상 하는 점
이다.
• 다른 부모 쪽의 공여계통으로서 명명된다.
• background와 donor genomes의 비율은
근교계를 진행하는 역교배의 횟수에 의해
서 결정된다.
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Advanced intercross line
• Recombinant inbred line의 3번째 형태
• 두 근교계 사이에서 F2 generation을 생
산하고, 그리고 다음 세대에 있어서 마우
스끼리 서로 교배를 시키는데 형매교배는
피하는 것이다.
• 이것을 만드는 목적은 견고하게 연관된 유
전자 사이에 재조합의 가능성을 증가시키
는 것이다.
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명명법
• 현재 1000여종의 분리된 비근교계와 근교계가
있고, 다양한 아계로 세분된다.
• 또한 수천개의 돌연변이 계통이 있다.
• 유전학적면이나 또 명명법에서 혼동을 피하도록
계통 또는 stock명명법이 완전하고 정확하게 되
도록 하는 것이 필요하다.
– CBA/J는 망막 변성의 유전자를 가지고 있는데,
CBA/Cam은 그렇지 않다는 사실을 보면, 아계의 변
이에 대한 정확한 명명법이 중요한 것을 알 수 있다.
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계통명
• 숫자나 문자로 명명되는데 그 계통의 기원
과 역사에 대한 간략한 설명을 제공해준다.
• C57BL/6J 근교계는 Cold Spring Harbor
laboratory (C)에서 57번째 암컷으로부터
유래가 되었는데, 색깔은 검고(BL) 그리고
아계의 계대수 6번째 마우스 유래이다.
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근교계의 아계
• Laboratory Registration Codes(lab
codes)를 사용해서 명명
• 독특한 2~4문자까지 사용
• Institute of Laboratory Animal Research
에서 유지되는 등록체계로부터 얻을 수 있
다.
• C57BL/6J에서 J는 Jackson Lab(J)에서
유지된 아계를 뜻한다.
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새로운 계통의 계통명
• 두 개의 현존하는 근교계를 새로 교배함으로써
얻어진 새로운 근교계에 대해서 만들어질 수 있
다.
– 많은 유전공학적인 방법의 의한 돌연변이가 129유래
의 embryonic stem cells로부터 유래
– C57BL/6-129 chimeras로 교배
– 첫 번째 세대 이후는 형배교배방법에 의해서 유지
• B6129
– C57BL/6J 와 129 chimeras로 부터 태어난 신생자
의 형매교배에 의해서 얻어진 근교계
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비근교계 계통중
• 특정 기준이 일치하는 것들은 lab code를
계통명 앞에 놓으므로 명명된다.
• 그 사이에는 콜론(:)으로 표시
• HsD:ICR
• ICR outbred stock이 한란에 의해서 유지
된 것을 말한다..
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특별한 명명법
• coisogenic이나 congenic, segregating
inbred
• RI strains
– BXD-1/Ty는 C57BL/6J(B) 암컷을
DBA/2J(D) 수컷과 교배를 시킨 것으로부터
유래가 된 Recombinant inbred strain중에서
첫 번째 line으로써 Taylor(TY)가 만든 것이다
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돌연변이
• 돌연변이 유전자는 간단한 약자로서 명명
– shi는 shiverer의 약자
• 돌연변이 유전자가 클론 되었을 때 그 기
원이 되는 유전자에 대한 부호가 사용되고
그리고 돌연변이 대립형질은 상첨자로 명
명된다.
– Mbpshi는 myelin basic protein gene에서 보
인 shiverer mutant 대립형질
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유전공학적으로 만들어진 mice
•
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복잡하고 앞으로 단순화 할 필요가 있다.
현재 형질전환 계통
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형질전환 부호 Tg(YYYYY)#Zzz
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–
–
–
•
계통의 부호 뒤에 형질 전환된 유전자의 부호가 뒤따르게 명명
Tg는 transgene
(YYYYY)는 삽입된 DNA의 간단한 설명 (유전자 부호와 같은)
#은 주어진 vector를 사용해서 조작을 했을 때 얻어진 일련의
숫자 중 할당된 숫자
Zzz는 Lab code
Transgene이 내재성 유전자에서 삽입 돌연변이를 일으
켰을 때, 유전자의 돌연변이 상동염색체가 유전자 부호
를 사용해서 명명이 되고 그리고 상첨자로 형질전환 유
전자에 대한 약어를 붙인다 (예 inTg/Zzz)
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Targeted mutation이나 Knockout
• 돌연변이가 일어난 것을 상첨자로 표현함
• Cftrfm1Unc
– North Carolina 대학에서 생산된 마우스로서
cystic fibrosis transmembrane regulator
gene에서의 첫 번째 돌연변이
• 유전자 치환 또는 knockin
• Myf5myod
– Myf5 gene이 Myod gene으로 치환된 것
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Mouse Genome Database(MGD)
• 마우스에 대한 국제 표준 유전자명에 대한
위원회는 유전자명의 규칙에 대한 책임을
갖고 1950년도에 설립되었다. 그 규칙은
Mouse Genome Database(MGD) web
site에서 online으로 얻을 수 있다
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