넙치(Paralichthys olivaceus)의 PSSⅠ/GH mRNA 발현 특성

Abstract

어류에 있어서 Growth hormone (GH)는 성장 이외에도 먹이섭이, 생식, 그리고 삼투압 등에 관여한다. Preprosomatostatin (PSS)은 뇌의 시상하부에서 분비되는 호르몬으로 뇌하수체에서 GH의 분비를 억제하는 역할을 한다. PSS는 중추신경뿐만 아니라 주변조직에서도 넓게 작용하며 섭이활동, 소화, 생식 그리고 해수적응 등의 다양한 생리적 역할에 관여한다. 하지만 PSS는 주로 포유류를 대상으로 연구가 이루어졌으며, 어류에서의 생리적 역할에 대해서는 현재까지 불분명한 점이 많다. 이 연구는 넙치를 대상으로 GH와 PSS의 발현특성을 조사하기 위해 PSSⅠ 유전자 클로닝을 실시하였고, 두 유전자의 조직별 발현과 일주기 리듬을 조사하였다. 또한 생물 체내의 빛 신호전달 호르몬인 멜라토닌과 성선자극호르몬 human chorionic gonadotropin (hCG), 성스테로이드 호르몬 estradiol-17β (E2)를 주사하여 각 호르몬이 PSSⅠ과 GH 유전자 발현에 미치는 영향을 조사하였다. 넙치의 시상하부에서 추출한 PSSⅠ의 cDNA는 총 638 bp의 염기서열을 가지며, 다른 어종간 아미노산 유연관계 분석결과 약 41~86%의 상동성을 보였다. 조직별 발현 분석결과에서 PSSⅠ은 단뇌와 시상하부에서 발현이 높았으며, GH는 뇌하수체에서 뚜렷한 발현을 보였다. PSSⅠ과 GH 발현의 생체리듬을 조사하기 위해 실험어는 광주기 조건을 명기 12시간과 암기 12시간(12L:12D), 24시간 연속암기(24D), 24시간 연속 명기(24L) 연속명기의 조건으로 구분하여 조사 하였다. 그 결과 12L:12D 조건에서 PSSⅠ은 암기에서보다 명기에서 발현이 높은 일주기 리듬을 확인하였으며 24D 조건에서도 12L:12D 조건에서의 변동과 유사한 circadian 리듬을 확인하였다. GH의 경우 모든 조건에서 유의적인 발현차이는 없었으나 12L:12D, 24D 조건에서 PSSⅠ과 반대의 발현경향을 확인할 수 있었다. 멜라토닌 주사실험에서 실험구는 멜라토닌의 농도별로 각각 1, 5, 25 ㎎/㎏으로 처리되었다. 실험결과 PSSⅠ mRNA는 5 ㎎/㎏, GH mRNA는 1 ㎎/㎏에서 높은 발현을 보였으며, GH mRNA가 PSSⅠmRNA에 비해 상대적으로 멜라토닌에 대한 감수성이 높았다. 성선자극호르몬과 성스테로이드호르몬 주사결과 hCG (500 IU/㎏)는 PSSⅠ과GH mRNA의 발현을 증가시키는 결과를 보였으며, E2 (10 ㎎/㎏)는 PSSⅠ mRNA의 발현은 증가시켰지만 GH mRNA의 발현에는 아무런 영향을 미치지 못하였다. 이러한 결과들에서 넙치의 PSSⅠ mRNA의 발현변동이 24시간의 일정한 일주기 리듬을 가지는 것을 확인할 수 있었지만, GH mRNA는 정확한 리듬을 확인할 수 없었다. 특히 PSSⅠ mRNA의 발현은 외부의 명암변화와 생물 자체가 지니는 생체시계에 의해 조절되며, GH mRNA는 외부의 명암변화에 대해 멜라토닌을 통하여 발현이 조절되는 것으로 사료된다. 또한 PSSⅠ과 GH mRNA의 발현은 넙치의 성성숙에 대해서도 관여하는 것으로 추측되어진다.

Growth hormoen (GH) and preprosomatostatin (PSS) play a important role in vertebrates including fish. GH which is affect multifunctions, including somatic growth, reproduction, feeding and osmoregulation. PSS is a hypothalamic hormone which primarily release-inhibiting GH secretion from the pituitary. PSS is widely detected not only central nerve system but peripheral tissues and modulate a number of physiological processes, including feeding behavior, digestion, reproduction and osmoregulation. Although functions of PSS have mainly studied in mammalian, little information has been reported about the physiological roles in fish. In order to characterize the expression pattern of PSSⅠ and GH mRNA in olve flounder (Paralichthys olivaceus), we performed PSSⅠ mRNA cloning, and investigated tissu specific expression and daily rhythm of PSSⅠ and GH mRNA. We also investigated regulation of PSSⅠ and GH mRNA expression by melatonin, human chorionic gonadotropin (hCG), estradiol-17β (E2). A nucleotide sequence (638 bp in length) of PSSⅠ mRNA was obtained from the hypothalamus of olive flounder. The homology of PSSⅠ amino acid sequence between other fish was 86%. Phylogenetic analysis revealed that the olive flounder PSSⅠ was grouped with burtoni (Haplochromis burtoni). The strong band for PSSⅠ mRNA was detected in the telencephalon and hypothalamus, GH mRNA wast detected in the pituitary. To investigate the biological rhythm of PSSⅠ and GH mRNA in olive flounder, experiment group were categorized into three groups; 12L:12D, continuous dark (24D) and continuous light (24L) condition, respectively. In the treatment group under 12L:12D condition, PSSⅠ mRNA expression in the hypothalamus was significantly higher during light phase than during dark phase (P<0.05). Circadian rhythm of PSSⅠ mRNA was observed under 24D condition. In case of GH mRNA, no significant expression pattern under all photoperiod conditions (P>0.05). In the melatonin injection experiment, PSSⅠ and GH expression was higher in 5 and 1 ㎎/㎏ body weight injection group, respectively. In the hCG and E2 injection expresiment, treatment with hCG at 500 IU/㎏ body weight increased the both PSSⅠ and GH mRNA expression, treatment with E2 at 10 ㎎/㎏ body weight increased only PSSⅠ mRNA expression. These suggested that circadian rhythm of PSSⅠ mRNA was observed, but no detected rhythm of GH mRNA in olive flounder. Especially, PSSⅠ mRNA expression was regulation by external light and darkness change or biological clock, and GH mRNA expression was regualtion by melatonin. Also, considered expression of PSSⅠand GH mRNA have important effect in olive flounder sex maturation.