연휴의 논읽남 : 정자와 난자가 만날 때

논읽남의 이야기 한판…..
이렇게 잘 정리하면서도 재미있게 이야기를 풀어내는 것은 정말… 대단하다….

Secret Lab of a Mad Scientist

웬 19금스러운 제목인가 싶겠지만, 논읽남입니다. 논읽남  오늘 읽어볼 논문은 이거.

Bianchi et al, Juno is the egg Izumo receptor and is essential for mammalian fertilization,  Nature 2014

정자와 난자가 만날 때 

어느 성교육 시간

얼라 “샘..아기는 어떻게 생기죠?”

샘 (쭈빗쭈빗) “아빠의 정자와 엄마의 난자가 만나서 둘이 합쳐지면…”

물론 아빠 몸 속에 있는 아빠의 정자가 엄마 몸 속에 있을 엄마의 난자가 어떻게 같은 위치에 있게 되느냐에 대한 구체적인 기작에 대해서 설명하는 게 순서겠지만 ;;; 이 부분을 어떻게 얼라들에게 설명하실지는 논읽남이 어떻게 할 일은 아니라고 생각해염. 

그런데 아빠의 정자와 엄마의 난자만 딱 있는 상황 (예:세포외수정 In vitro fertillization) 이라면 모르겠지만 아빠의 정자가 엄마의 난자를 만나기까지는 수많은 다른 세포와 스쳐지나가게 된다. 하다못해 난자에 근접한 이후에도 문제인데, 난자는 흔히 보듯이 난자만 덜렁 있는 것이 아니라 cumulus cell 이라는 세포층에 둘러싸여져 있는데, 정자는 이를 비집고 들어가서 난자를 둘러싸고 있는 ‘투명대’ (Zona pellucida)라는 단백질층을 관통해서 난자와 세포융합을 실시한다. 다른 세포는 하나도 건드리지 않고 말이다어떻게?

게다가 일단 난자에 골인~ 한 정자는 다른 정자가 들어오지 못하도록 세포막과 Zona pellucida 단백질층을 변형시켜 뒤늦게 현장에 출몰한 정자들의 침입을 원천봉쇄한다.

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즉 정자는 마치 자석에 끌리듯 난자를 찾아가서, 난자의 투명대와 세포막을 뚫고 들어가서 난자에만 융합을 하게 된다. 게다가 이 융합의 경우는 종 특이적으로써, 당연히 쥐 정자는 사람 난자를 뚫고 들어가 수정을 할 수 없으며 그 반대도 마찬가지이다. 어떻게??

정자와 난자에는 타겟인 난자를 인식하는 열쇠와 열쇠구멍에 상응하는 것이 있으며, 좀 더 생화학적으로 이야기하자면 정자 표면에 있는 ‘어떤 생체분자가’ 난자의 세포막 위에 있는 ‘어떤 생체분자’ 과 특이적으로 결합을 해야 할 것이다. 대개 이 ‘생체분자’ 는 단백질이라고 생각하는게 보통이겠고..

그러면 그게 뭔데?

가 오늘의 논읽남 주제.

Izumo

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 한 10년 전에 정자 표면에 Izumo 라는 단백질이 존재하고, 이 단백질이 정자가 난자를 인지하는데 특이적인 ‘열쇠’ 로 작용하는 것이 확인되었다. 즉 이 유전자가 낙아웃된 쥐에서 나온 정자는 난자에 못 들어가고 당연히 불임.  난자가 저기 있는데 왜 합체를 못하니

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그렇다면 정자 표면 위에 존재하는 Izumo라는 단백질은 어떤 단백질인가? Immunogloblin하고 비슷하게 생긴 막 단백질.

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원래는 이 단백질이 기존에 난자표면에 존재하는 단백질이고, 이것이 없으면 불임이 유발되는 단백질인 CD9 이라는 단백질과 서로 상호관계인줄 알았다. 그러나 그렇지 않았다. 그렇다면 Izumo와 서로 작용하여 정자를 난자내로 들여보내는 단백질은 과연 무엇일까? 그게 약 10년 동안 찾아지지 않았다.

짚신의 짝을 찾는 방법

생체내에서의 많은 생명현상은 단백질간의 상호작용 (Protein-Protein Interaction) 에 의해서 일어나는 경우가 허다하고, 어떠한 단백질이 어떤 생명현상에 관여한다는 것이 발견되면, 다음 과제는 이 단백질과 상호작용을 하는 단백질이 어떤 것일까인지를 아는 것이다. 그렇다면 이런 단백질을 찾으려면 어떻게 해야하나?

흔히 단백질 상호작용을 찾을때 많이 사용되는 유전적인 방법으로는 “Yeast two-hybrid” 와 같은 시스템이 있고, 생화학적인 방법론으로는 GST pulldown 혹은 immunoprecipitation 등에 의해서 같이 딸려나오는 단백질을 프로테오믹스적인 방법으로 확인하여 찾는 등의 방법이 있을 수 있겠다. 그러나 본 논문에서는 이런 방법이 아닌 조금은 색다른 방법에 의해서 Imuzo 의 파트너를 찾게 되었다. 물론 해당 연구자들도 기존에 잘 알려진 방법들을 먼저 시도해 봤겠지. 그러나 그런게 안되니 10년동안 그 파트너를 발견하지 못한 것이겠고 ㅋㅋ  몇 가지 문제가 있었는데, 결합력이 많이 낮았고, 특히 Pulldown과 같은 방법으로 단백질을 분리하기에는 난자라는 샘플은 그닥 양이 충분하지 못해서 쿨럭..

여튼 이 사람들은 Izumo의 ectodomain만을 HEK293T 세포에서 발현하여 이것을 일종의 Probe로 사용하기로 하였다. 단, 단백질의 리셉터에 대한 결합력을 늘리기 위하여 단백질을 pentamer로 만드는 도메인과 fusion 한 단백질을 만들었고 뒤에 디텍션을 위한 FLAG tag, 정제를 위한 His tag을 달았다.

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그래서 이 단백질 프로브를 난자에  Immunostaining하듯 붙이고 Anti-FLAG 으로 염색해 보니 난자의 세포막에 슥~ izumo 단백질이 달라붙는…

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