Glycoconjugate-specific Developmental Changes in the Horse Vomeronasal Organ

Abstract

Vomeronasal organ (VNO) is a tubular pheromone sensing organ in which the lumen is covered with sensory and non-sensory epithelia. This study used immunohistochemistry and lectin histochemistry techniques to evaluate developmental changes, specifically of the glycoconjugate profile, in the horse VNO epithelium. Immunostaining analysis revealed protein gene product 9.5 (PGP9.5) expression in some vomeronasal non-sensory epithelium (VNSE) cells and in the vomeronasal receptor cells of the vomeronasal sensory epithelium (VSE) in fetuses, young foals, and adult horses. Olfactory marker protein (OMP) expression was exclusively localized in receptor cells of the VSE in fetuses, young foals, and adult horses and absent in VNSE. To identify the glycoconjugate type, lectin histochemistry was performed using 21 lectins. Semi-quantitative analysis revealed that the intensities of glycoconjugates labeled with WGA, DSL, LEL, and RCA120 were significantly higher in adult horse VSE than those in foal VSE, whereas the intensities of glycoconjugates labeled with LCA and PSA were significantly lower in adult horse VSE. The intensities of glycoconjugates labeled with s-WGA, WGA, BSL-II, DSL, LEL, STL, ConA, LCA, PSA, DBA, SBA, SJA, RCA120, jacalin, and ECL were significantly higher in adult horse VNSE than those in foal VNSE, whereas the intensity of glycoconjugates labeled with UEA-I was lower in adult horse VNSE. Histochemical analysis of each lectin revealed that various glycoconjugates in the VSE were present in the receptor, supporting, and basal cells of foal and adult horses. A similar pattern of lectin histochemistry was also observed in the VNSE of foal and adult horses. In conclusion, these results suggest that there are increase in the level of N-acetylglucosamine (labeled by WGA, DSL, LEL) and galactose (labeled by RCA120) in horse VSE during postnatal development, implying that they may influence the function of VNO in adult horses.|포유류에서 후각은 사회적 상호작용, 먹이와 서식지의 탐색, 생식 행동, 장소에 대한 기억 등에 관여하는 주요 감각 기관이고, 후각계는 주요후각계(main olfactory system)와 보조후각계(accessory olfactory system: Vomeronasal system)로 정보전달 경로 및 인지하는 냄새에 따라 구분된다. 주요후각계에서 후각점막의 후각수용체 세포(olfactory receptor cell)는 냄새를 탐지하고 정보를 후각망울에 전달하고, 후각망울은 이 신호를 뇌의 특정영역(후각피질)으로 전달하며, 보조후각계는 보습코기관(Vomeronasal organ, VNO)의 후각수용체세포를 통해 페로몬을 감지하고, 그 신호를 보조 후각망울을 경유하여 뇌로 전달한다. 말의 플레멘행동(Flehmen response)은 페로몬과 같은 후각정보를 보습코기관에서 더 세밀히 분석하기 위한 행동이다. 보습코기관은 연골에 둘러싸인 반달모양의 구조물로, 후각을 감지하는 수용체세포가 있는 내측의 감각상피와 수용체세포가 존재하지 않는 외측의 비감각상피인 호흡상피로 이루어져 있다. 후각상피는 후각수용체세포, 지지세포 그리고 바닥세포로 구성되어있고, 비감각상피는 거짓중층원주상피와 바닥세포로 구성되어있다. 후각에서 당접합체는 후신경의 발달과 증식, 신호 처리에 대한 역할을 하고 동물 종, 발생단계, 노화에 따라 발현에 차이가 있다고 알려져 있다. 성숙된 말의 보습코기관 감각상피에서 다양한 당접합체는 확인되었으나 말의 발달단계별 당접합체의 변화에 대해서는 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 말의 출생 전 개체, 생후 1년 미만, 3∼4년령의 성숙 개체를 이용하여 보습코기관의 발달과정에 따른 당접합체의 변화를 조사하였다. 동물의 후각점막과 보습코기관의 기능과 관련이 있으며, 미성숙/성숙 후각신경세포의 표지단백질인 Protein gene product 9.5 (PGP 9.5)와 성숙 후각신경세포의 표지단백질인 Olfactory marker protein (OMP)을 이용하여 면역염색을 실시하였다. 출생 전 개체와 생후 1년 미만, 그리고 성체 모두의 감각상피와 비감각상피에서 PGP9.5 양성반응이 확인되었다. OMP의 경우, 전 연령 감각상피의 후각수용체세포에서 강한 양성반응을 확인 할 수 있었다. 당접합체의 발달과정별 변화를 평가하기 위해 21가지의 렉틴을 이용해 렉틴조직화학염색을 실시하였다. 생후 1년 미만의 망아지 및 성체의 보습코기관 표면상피 각각의 렉틴 양성반응 면적을 정량하여 비교한 결과 감각상피의 경우 WGA, DSL, LEL, RCA120의 렉틴반응도가 망아지에서 성체로 발달하며 유의적으로 증가하였고, LCA와 PSA는 유의적으로 반응도가 감소하였다. 비감각상피에서는 s-WGA, WGA, BSL-Ⅱ, DSL, LEL, STL, ConA, LCA, PSA, DBA, SBA, SJA, RCA120, Jacalin, ECL의 렉틴반응도가 망아지에서 성체로 발달하며 유의적으로 증가하였고, UEA-Ⅰ은 반응도가 유의적으로 감소하였다. 본 연구를 통해 말의 발달단계에 따라 보습코기관 내 상피에서 일부 당접합체가 증가 또는 감소가 있음을 확인하였다. 특히 성체로 발달함에 따라 감각상피에서 증가하는 당접합체의 경우, 보습코기관의 주요 기능인 페로몬 탐지 및 말의 플레멘행동과 연관이 있을 것으로 추정된다.