1. 실험 배경1.1 동물 실험의 필요성동물 실험이란 과학적 목적을 위해 동물을 이용하여(혹은 대상으로) 실시하는 실험 또는 그과학적 절차를 지칭한다. 동물 실험은 관찰과 실험, 시험, 교육 등 다양한 분야에 활용된다. 동물실험은 해부를 통해 동물의 생체를 관찰하거나 유전적 특징, 성장 과정, 행동 양식 등을연구하고, 생명현상을 바르게 이해하기 위한 진리의 탐구나 가설의 검증에 활용된다. 또한생명에 관한 미지의 성질이나 영향의 검색 등의 과학적 시험에도 활용되며 생명과학 지식이나 기술을 다음 세대에 전달하는 목적으로 교육에도 활용될 수 있다. 이외에도 의약품이나 치료법의 효능과 안전성, 농약이나 화장품, 식품 등이 인체에 미치는 영향을 확인하고 예측하는 데에도 활용될 수 있다. 이렇듯 동물 실험은 다양한 목적으로 활용될 수 있기에 필요하다고 볼 수 있다. 그러나 동물 실험은 대부분의 실험 동물에게 고통과 억압을 유발하기에 윤리적으로 문제가 있기 때문에 동물 실험은 동물 생명의 존엄성을 고려하여 실시하여야 한다. 이에 동물 실험을 줄이고(Reduction), 동물에 대한 처우를 개선하며(Refinement), 동물을 대체할 방안이 있을 경우에는 이를 우선 적용해야 한다는(Replacement) 내용을 담은 3R 원칙이 전세계적으로 수용되고 있다.
1. 실험 배경1.1 항원-항체 반응우리 몸 안에서는 병원체나 독소와 같은 이종의 단백질이 침입하게 되면 이에 대항하는 단백질이 형성되는데, 이를 항체라고 하고 항체를 만들게 하는 원인물질을 항원이라고 한다. 항체는 항원과 반응하여 그 기능을 억제시키거나 저하시키는데, 이 반응이 바로 항원-항체 반응이다. 이러한 반응을 통해 면역 반응이 일어나게 된다. 항원항체 반응의 메커니즘은 크게 2단계로 나눌 수 있다. 일단 항원 결정부와 항체의 결합부위가 특이하게 결합한다. 이 과정에서 둘 사이에는 반데르발스힘, 수소결합 등의 각종 힘이 작용하게 된다. 이후 항체와 결합한 항원이 여러 물리적, 화학적 환경조건에 영향을 받아 다시 반응하여 눈에 보이는 상태로 변화하는 과정으로 항원을 응집시켜 무력화시키는 응집반응과 이를 침전시키는 침강반응, 항원의 표면에 항체가 결합하여 중성화시키는 중화반응, 세균을 용해시키는 용균현상 등이 나타난다. 항원-항체반응은 항원과 항체의 양적 비율이 적절하게 맞을 경우에 가장 빠르게 이루어진다. 만일 항원이나 한쪽이 과잉일 경우 오히려 반응이 억제된다. 또한 항원-항체 반응은 특정 항원에만 항체가 반응하는 높은 특이성을 가지고 있다. 즉, 항원과 항체가 열쇠와 자물쇠의 관계를 가져 적합한 구조를 가져야만 서로 결합한다.
<개념 파악 문제>1. GEO가 무엇인지와 이런 데이터베이스가 필요한 이유를 설명하시오.GEO 는 Gene Expression Omnibus 의 약자로, Microarray 와 NGS 등 대용량 기능 유전체 데이터를 저장하고 공유하는 국제 공용 데이터베이스이다. 이는 대용량 기능 유전체 데이터를효율적으로 한 곳에 저장하고 있어, 사용자가 관심 있는 연구와 유전자 발현 프로필을 편리하게 검색, 다운로드할 수 있다. 또한 다양한 웹도구 등을 제공하여 사용자가 쉽게 데이터를 활용, 시각화할 수 있다. 사용자가 간단한 절차로 데이터를 제출하여 공유할 수 있는 오픈 사이언스로 기능한다. 2. Microarray 와 RNA seq 데이터의 장단점 3 개 이상 찾아 설명하시오.Microarray- 장점: 한 번에 수만 개의 유전자 발현을 측정하여 분석할 수 있다, 수많은 유전자 간의 발현 패턴 비교가 가능하다. 비용이 비교적 저렴하다.- 단점: 동시에 수많은 DNA 를 다루기에, 서열이 비슷한 다른 DNA 가 잘못 붙는(교차 혼성화) 경우가 있어 정확도와 특이도가 떨어진다.
1. 실험목적다양한 단백질이 존재하는 용액에서 원하는 단백질만을 분리하는 실험 기법인 Immunoprecipitation(IP) 및 transfection에 대해 이해하고, 이를 통해 특정 단백질을 분리한 뒤 검출 결과를 분석한다.2. Immunoprecipitaion(IP)Immunoprecipitaion(IP)는 면역침강법으로, 항원-항체 반응을 이용하여 용액으로부터 원하는 단백질을 분리하는 실험 기법이다. 과정은 크게 다음과 같다. 원하는 단백질 X에 대한 항체를 준비한다. 이 항체에는 Bead가 결합하게 된다. 이 항체-비드 복합체를 세포를 깬 단백질 용액에 넣어 반응시키면, 항체가 인식하는 단백질 X가 항체에 붙게 되며 Bead는 상대적으로 무거워 침강하게 된다. 그후 Western Blot을 통해 단백질 X만을 검출할 수 있다. 다시 말해, 원하는 단백질에 결합하는 항체를 표지로 삼아 여러 단백질이 존재하는 용액에서 특정 단백질만을 분리하는 기법이다. 이들은 매우 작기에 눈에 보일 수 있도록 해당 항체에 결합하는 bead를 이용하는 것이다.이러한 IP는 다양하게 응용되는데, 본 실험에 사용된 방식은 Individual protein immunoprecipitation (IP)으로, 원하는 단백질의 항체를 사용해 여러 단백질을 포함하고 있는 solution에서 원하는 단백질만을 분리하는 방식이다. 또 다른 기법으로는, Protein complex immunoprecipitation(Co-IP)이 있는데, 이는 IP를 통해 protein-protein interaction을 확인하는 기법으로, Complex를 통해 간접적으로 결합되어 있는 단백질을 확인한다. 만약 단백질 X가 다른 단백질과 결합하고 있어 두 단백질이 함께 검출되거나 둘다 검출되지 않는다면 단백질간의 interaction은 예측할 수 있는 것이다.
Ÿ 실험 목적마우스에서 골수세포를 채취해 이를 파골세포로 분화시킨다. 분화된 파골세포를 염색하고 현미경으로 관찰한다.Ÿ 뼈의 기능뼈는 우리 몸을 보호하고 지지해주며 운동 보존을 돕는다. 또한 적혈구나 백혈구와 같은 혈구세포를 골수에서 생성하는 조혈작용을 한다. 또한 뼈에는 칼슘이나 여러 무기질이 저장되어 있는데, 혈내에 칼슘과 무기질이 부족하게 되면 우리 몸에서는 뼈를 깎아서 뼈 속에 있는 칼슘과 무기질들을 혈액으로 보내주는 무기질 대사가 일어난다. 뼈는 이처럼 다양한 기능을 하기 때문에 뼈가 정상적인 기능을 유지하는 것은 매우 중요하다.Ÿ 뼈 조직의 항상성뼈가 정상적으로 기능을 하기 위해서는 뼈 조직의 항상성이 잘 유지되어야 한다. 우리 몸은 Bone Remodeling 시스템을 통해 뼈 조직의 항상성을 조절한다. 우리 몸은 1년 동안 전체 뼈의 10%가 없어지고 새로 생기는 과정이 일어나고 있다. 뼈의 어떤 부분에서 노화가 되거나 손상이 되면, 파골세포가 와서 그 부분을 깎아서 없애준다. 그리고 조골세포가 와서 그 부위에 새로운 뼈를 만들어준다. 파골세포와 조골세포는 균형을 이루면서 계속해서 노화된 뼈는 없애주고 그 부분에 새로운 뼈를 만들어준다. 뼈를 없애는 과정과 뼈를 새로 만드는 과정이 동일하게 일어나야 뼈의 항상성이 유지되는데, 만약 이 시스템이 제대로 작동되지 않는다면 여러 문제가 발생한다. 예를 들어 파골세포의 기능이 너무 과다하게 활발해진다면 뼈는 많이 없어지는 데 비해 새로운 뼈가 그만큼 만들어지지 않아 골밀도가 낮아져 골다공증 질환을 유발한다.Ÿ 파골세포파골세포는 뼈를 깎아주는(break down), Bone resorption을 담당하는 세포이다. 혈내에 칼슘이나 여러 무기질이 부족할 경우에 뼈를 깎아서 혈내에 공급해 주기 때문에 혈액 입장에서는 뼈가 깎이는 것이 곧 흡수하는 과정이 되어 Bone resorption(뼈흡수)라고 한다.