Glycogen Synthase Kinase 3에 의한 정자의 운동성 조절

Abstract

Glycogen synthase kinase 3 α/β (GSK3α/β)는 serine/threonine kinase로 세포 신호전달에 작용한다. 정자의 운동성 향상을 위해선 마이토콘드리아의 활성이 필수적이다. 마이토콘드리아 효소인 pyruvate dehydrogenase α1 (PDHα1)은 피루브산 대사에 중요하다. 본 연구에서는 GSK3α가 정자 운동성을 조절하는 기작을 규명하고자 하였으며 정자 성숙과정에서 PDHα1의 억제성 인산화와 마이토콘드리아 막 전위 (mitochondrial membrane potential, MMP)의 변화에 대해 알아보고자 했다. 생쥐 부정소 미부 (cauda) 정자를 수정능력 획득이 일어나지 않는 Tyrode’s basal media (TBM) 배양 시 약 40, 180 kDa의 Protein kinase A (PKA) 기질의 인산화가 증가했으며 수정능력 획득이 일어나는 Tyrode’s complete media (TCM) 배양 시 약 50, 70, 100, 135, 245 kDa의 PKA 기질의 인산화가 추가적으로 증가했다. 생쥐 cauda 정자를 TCM 배양 후 면역침강으로 GSK3α/β를 분리한 결과 PKA에 의해 p-GSK3α(Ser21)이 증가하는 것을 확인했다. 생쥐 cauda 정자에 A23187 (1 µM) 처리 후 p-GSK3α(Ser21)의 발현과 progressive motility가 감소하며 p-PDHα1(Ser293)의 발현이 증가했지만 TBM 세척 후 TCM 배양 시 progressive motility가 회복되며 p-GSK3α(Ser21)의 발현이 증가하고 p-PDHα1(Ser293)의 발현이 감소했다. Immunocytochemistry (ICC)결과 p-PDHα1(Ser293)은 중편에 발현하며 A23187처리 후 동일했다. TCM 배양 후 cauda 정자와 다르게 caput 정자는 운동성의 증가와 p-PDHα1(Ser293)의 발현 감소가 없었다. ICC 결과 p-PDHα1(Ser293)는 중편에 발현하며 정자 성숙 또는 수정능력 획득 후 발현 위치에 변화는 없었다. Cauda 정자에서 TBM 배양시 p-PDHα1(Ser293)의 발현에는 큰 차이가 없었다. TCM 배양 후 cauda 정자에서 p-GSK3α(Ser21)의 발현이 증가하며 면역침강을 통해 GSK3α와 PDHα1의 결합을 확인하였다. 정자의 MMP 측정 결과 cauda 정자의 MMP가 caput 정자 보다 높고 TCM 배양 후 caput 정자의 MMP는 약간 증가했지만 cauda 정자 MMP는 더 크게 증가했다. 저운동성 사람 정자에 calyculin A (10 nM)를 처리한 결과 progressive motility, total motility, p-GSK3α(Ser21)의 발현이 증가했다. 사람 정자의 GSK3α/β와 운동성의 상관관계 분석결과 정상 운동성 정자에서 GAPDH, protein량 대비 GSK3α/β 및 p-GSK3α(Ser21) 비율이 높았다. 그러나 p-GSK3α(Tyr279)의 비율은 차이가 없었다. 결론적으로 정자 성숙과 수정능력 획득과정에서 일어나는 운동성 증가는 PKA 회로를 경유한 GSK3α 억제와 이를 통한 PDHα1 인산화 감소에 따른 PDHα1 활성 및 MMP 증가가 수반되는 것으로 사료된다.