생쥐의 난관에서 Bone Morphogenetic Protein 2와 4의 발현 조절 및 기능

Abstract

5 mg/kg)를 주사한 난관 조직에서는 난소절제술 (OVX)을 시행한 군보다 E2와 DPN (ERβ agonist)에 의해 BMP2, 4 mRNA와 단백질 발현이 증가하였지만 Foxj1은 그렇지 않았다. ERαKO 생쥐에서는 ERβ-Bmp-2/-4를 분비하고 Foxj1 mRNA와 단백질 수준은 WT 생쥐의 diestrus시기보다 유의하게 높았으며 이는 estrogen-ERβ-BMP-2/-4 신호에 의한 FOXJ1의 조절 가능성을 시사한다. 섬모상피세포인 OA-6b에서 recombinant BMP-2/-4는 ERβ와 ciliogenic transcription factor인 Foxj1의 mRNA와 단백질을 유의하게 증가시켰다. 반대로, Bmp-2/-4 siRNA는 세포 증식 인자 Pcna와 함께 ERβ, Foxj1의 mRNA 및 단백질을 유의하게 감소시켰다. 결론적으로 estrogen-ERβ signaling의 제어하에 난관의 섬모상피세포에서 생성된 BMP-2와 -4는 FOXJ1을 feed-forward 회로를 통해 조절하며 난관 상피세포 자체의 ciliogenic differentiation과 증식에 관여하여 수정 및 초기 배아 발달의 paracrine 인자로서 난관 미세환경을 조성한다고 사료 된다.; Bone morphogenetic proteins (BMPs) belong to the members of the TGF-β superfamily regulate the growth and differentiation of tissues and organs. However, little is known about their functional expression in animal reproduction. In an effort to uncover the role of BMPs in the regulation of fertilization and early development of pre-implantation embryos, functional expression and endocrine regulation of the BMP system were examined in mouse oviducts. In oviducts at the estrous stage Bmp-1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -10, and -15 mRNA were expressed together with BMP inhibitors Chordin, Noggin, and Follistatin mRNA, and BMP receptors Bmpr1a, Bmpr1b, Bmpr2, Alk1, Alk2, Actr1b, Actr2, and Actr2b mRNA. Among BMPs, BMP-2 and -4 were highly expressed together with cognate receptors BMPR1A, 1B, and 2 in the β tubulin-positive ciliated cells of the epithelia of infundibulum and ampulla. In cyclic mice oviducts, Bmp-2 and -4 mRNA and protein were highly expressed at the proestrus and estrus stage, whereas no cyclic differences in the expression of BMP inhibitor mRNA and protein were found. In addition, epididymal spermatozoa were positive for BMPR1A, 1B, and R2. Late blastocysts expressed Bmp-1, -2, -4, -6, -8, -10, and Bmpr1a, Bmpr1b, Alk2, Actr1b, Actr2, Actr2b, and Chordin and Noggin mRNA. Importantly, Bmp-2 and -4, and Bmpr1a, Bmpr1b, and Bmpr2 mRNA were expressed in the 8-cell stages onwards. Following the injection of 17β-estradiol (E2, 1 μg/kg), propylpyrazoletriol (PPT, estrogen receptor α (ERα) agonist; 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein, BMP)은 TGF-β superfamily의 구성원 중의 하나이며, 이들은 뼈 형성뿐만 아니라 세포 및 기관의 성장과 분화를 조절하는 것으로 밝혀졌다. 하지만 난관에서의 BMP 역할은 알려진 바가 없으며, 배우자/초기 배아 – 난관 사이의 상호 작용에 관여하는 난관 기원 인자들의 대부분은 알려지지 않았다. 따라서 본 연구는 BMP와 BMP 수용체를 통한 수정, 배아 발달 및 난관 조직의 분화 기전을 이해하고자 생식주기에 따른 난관에서 Bmps, Bmprs, Bmp inhibitors의 mRNA 발현을 확인하였다. Bmp-1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -10 및 -15와 Bmp inhibitor인 Chordin, Noggin, Follistatin와 Bmp receptor인 Bmpr1a, Bmpr1b, Bmpr2, Alk1, Alk2, Actr1b, Actr2, Actr2 mRNA의 발현을 확인하였다. Bmp 중 Bmp-2, -4와 BMP-2와 -4의 수용체로 알려진 Bmpr1a, Bmpr1b, Bmpr2는 infunibulum과 ampulla 상피의 β-tubulin-positive ciliated cell에서 많이 발현되었다. Bmp2, -4의 mRNA와 단백질은 estrogen level이 높은 proestrus와 estrus시기에 유의적으로 높게 발현되었으나 Bmp inhibitors의 mRNA와 단백질은 변화가 없었다. 게다가, 정자에서는 BMPR1A, 1B 및 R2의 발현을, 후기 배반포에서는 Bmp-1, -2, -4, -6, -8, -10 및 Bmpr1a, Bmpr1b, Alk2, Actr1b, Actr2, Actr2b 및 Chordin 및 Noggin mRNA를 발현을 확인하였다. 이 중 Bmp-2, -4, Bmpr1a, Bmpr1b, Bmpr2 mRNA은 8세포기부터 발현되었다. 난소절제술 (OVX)을 시행한 생쥐에 E2 (17β-estradiol, 1 µg/kg), PPT (propyl pyrazole triol, ERα agonist; 5 mg/kg), DPN (diarylpropionitrile, ERβ agonist; 5 mg/kg), and diarylpropionitrile (ERβ agonist, 5 mg/kg) in ovariectomized (OVX) mice, Bmp-2 and -4 mRNA and protein were increased by E2 and DPN in oviducts, while Foxj1 was not. In ERαKO mice oviducts ERβ, Bmp-2/-4, and Foxj1 mRNA and protein levels were significantly higher than those of WT mice oviducts at the diestrus stage, indicating the possible regulation of Foxj1 by estrogen - ERβ - BMP-2/-4 signaling. In OA-6b ciliated cells in mouse oviduct, recombinant BMP-2 or -4 significantly increased ERβ and Foxj1, a ciliogenic transcription factor mRNA and protein. Conversely, Bmp-2 and -4 siRNA significantly decreased the ERβ and Foxj1 mRNA and protein when together with cell proliferation markers Ki67 and Pcna mRNA. Together, BMP-2 and -4 produced by ciliated cells of oviduct epithelia under the control of estrogen – ERβ signaling may regulate Foxj1 in ciliated cells in the oviduct epithelia, participating in the creation of an oviduct environment for fertilization and early development as well as proliferation and ciliogenic differentiation in the oviduct epithelia per se.