Expression pattern of Jpk, a possible regulatory factor of Hoxa7, during mouse development and its pathological application

Abstract

[한글]혹스 유전자는 homeodomain을 포함하는 전사 조절 인자를 암호화 하며, 발생 과정 동안에 형태 형성에 중요한 역할을 하는 유전자로 알려져 있으나 그 정확한 작용기작에 대해서는 밝혀진 바가 없다. Apoptosis 역시 혹스와 더불어 형태 형성에 기여하는 것으로 보고되었다. 혹스 유전자의 발현을 조절하는 인자에 대해 연구하던 도중에 Jpk는 yeast one-hybrid 방법을 통해 Hoxa7의 upstream 조절 서열과 상호작용 하는 인자로 동정되었다. 흥미롭게도 Jpk는 박테리아와 진핵세포에서 과발현 되었을 때 apoptosis를 초래하였으나 배자 발생 과정 동안 Jpk와 Hoxa7 발현에 있어서의 상관관계에 대한 연구는 이루어진 바가 없다. 한편, 염기서열 분석 결과, Jpk는 당뇨쥐의 간에서 정상과는 다르게 발현한다고 보고된 바 있는 Tanis라는 유전자와 높은 유사성을 보였으므로 본 연구에서는 Jpk가 당뇨진단을 위한 표지로서 사용될 수 있는지 분석하였다.우선 Hoxa7의 발현에 있어 Jpk가 미치는 영향에 대해 알아보고자 RT-PCR과 in situ hybridization 방법을 통해 생쥐 배자 발생 과정 동안에 Jpk의 발현 양상을 분석하였다. RT-PCR을 통한 시간적 발현 양상을 보면, 실험에 쓰인 모든 발생 단계의 배자에서 Jpk와 Hoxa7이 유사하게 발현함을 관찰할 수 있었으며, 12.5일 배자를 몸통의 전・후축에 따라 7 등분 한 뒤 Jpk의 공간적 발현 양상을 관찰 하였을 때, 심장, 폐 그리고 앞다리를 포함하는 몸통 부분과 꼬리에서 강한 발현이 관찰되었다. In situ hybridization 결과에서, 신경관, 신경절, 체절, 척추와 늑골이 되는 연골, 후신, 간, 췌장의 원기 그리고 폐 등에서의 Jpk의 발현은 Hoxa7의 발현과 일치하였으며, 이러한 결과들은 발생 과정 동안에 Jpk가 Hoxa7과 유사한 시기에 유사한 위치에서 발현함으로써 Hoxa7의 발현을 조절할 수도 있음을 시사한다.Jpk가 Hoxa7 발현을 조절할 수 있는 인자인지를 알아보기 위해 Hoxa7의 upstream에 위치한 307 bp를 포함하는 reporter vector를 제작하였고, Jpk에 의한 reporter vector의 발현을 분석한 결과 Jpk에 의해 reporter의 발현이 증가하며, 이 증가는 Jpk의 siRNA를 통해 상당 부분 상쇄되는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 Jpk가 당뇨의 새로운 치료제나 진단표지로서 사용될 수 있는 가능성을 시험하기 위하여 RT-PCR 방법을 통해 정상쥐와 당뇨쥐에서 기관에 따른 Jpk의 발현 양상을 분석하였다. Jpk는 실험에 사용한 모든 기관에서 발현이 관찰 되었으나 정상과 당뇨에서 현저히 다른 발현을 보였다. 특히, 정상과는 달리 당뇨쥐의 혈액에서 섭식과 금식에 영향을 받지 않고 현저히 Jpk의 발현이 증가 (약 15-30 배) 하는 것을 볼 수 있었다.이상의 결과들을 종합적으로 볼 때, Jpk는 Hoxa7의 발현을 조절하는 보다 가능성 있는 조절인자이며, 나아가 당뇨의 진단표지로 사용될 수 있을 것이라 사료된다.

[영문]Hox genes encoding homeodomain-containing transcriptional regulators play critical role in animal pattern formation during embryogenesis although the exact mechanisms are not known. Apoptosis, together with Hox, contribute to sculpture body. During the study on the regulation of Hox gene expression, a novel gene, Jpk, has been isolated as a putative trans-acting factor associating with the position-specific regulatory element of murine Hoxa7 by yeast one-hybrid method. Interestingly, Jpk caused apoptosis when it was overexpressed in bacteria and eukaryotic cells. However, the study on the correlation between Jpk and Hoxa7 expression during the embryonic development has not been studied yet. Sequence analyses showed that Jpk was a homologous gene of Tanis. It has been reported to be expressed differentially in the liver of diabetic rats, so that it was proposed to be a possible diagnostic marker for the diabetes.In an attempt to study the effect of Jpk on the expression of Hoxa7, we analyzed the expression pattern of Jpk during murine embryogenesis using RT-PCR as well as in situ hybridization technique. Temporal expression pattern through RT-PCR revealed that the Jpk is expressed in all stages of development analyzed, which is similar to that of Hoxa7. When the spatial expression pattern was analyzed using embryos of day 12.5 p.c., the thoracic region harboring heart, lung and forelimb expressed Jpk strongly, and then the tail region as well. In the case of in situ hybridization, similar expression of both Jpk and Hoxa7 were observed in the neural tube and ganglia, somite, cartilage primordium of vertebra and rib, metanephros, liver, pancreatic primordium and lung, although the expression regions were not perfectly overlapping in certain areas. According to the result above, Jpk could be a possible candidate for the regulatory factor of Hoxa7 in the manner expressing in the similar areas and similar time. To confirm whether the Jpk is a regulatory factor of Hoxa7, a reporter (pGL2-NM307) harboring a 307 bp (NM307) of Hoxa7 PSRE (position specific regulatory element) was constructed in vitro. In the presence of Jpk, the reporter activity was increased and this enhancement was decreased by siRNA against Jpk.Lastly, to find out whether Jpk can be used as a possible diagnostic marker and/or new therapeutic agent for the Diabetes Mellitus, we analysed the expression pattern of Jpk among organs of normal and diabetic Sprague-Dawley (SD) rats using RT-PCR method. The Jpk gene turned out to be expressed in all organs tested, with some different expression profiles among normal and diabetes, though: compared to the normal rat, the Jpk expression level in blood was remarkably up-regulated (about 15~30 times) in diabetes whether in normal or fasting conditon.These results altogether indicate that Jpk is a possible regulatory factor of Hoxa7 and could be a candidate gene for the plausible diagnostic marker for the diabetes.