Study on the Functional Roles of Bax in the Down-regulation of Stromal Differentiation

Abstract

착상과 이후 배아 발생은 자궁 분화에 기초하여 진행된다. 착상 동안 관찰되는 자궁 분화는 기질세포가 탈락막 세포로 분화되는 것으로 스테로이드 호르몬과 다른 측분비 또는 자가분비 물질에 의해 조절되는 것으로 알려져 있다. 착상과정 동안 형성된 탈락막은 배아가 분화 및 성장하고 태반이 형성되면서 퇴화하는데 이는 세포 자연사(Apoptosis)에 의한 것으로 알려져 있다. 이러한 탈락막의 퇴화는 배아의 분화와 성장에 수반되는 매우 정교하게 조절되는 과정으로서 그 중요성이 의과학 등에서 인지되고 있으나 그 조절 기작은 잘 밝혀져 있지 않다. Bcl-2계는 세포 자연사를 결정하는데 중요한 물질로 알려져 있으며, BAX, BAK은 탈락막의 자연사에 관련된 것으로 보고되어 왔다. 그러나 Bax 적중 생쥐는 야생형과 큰 차이가 없이 생식력을 유지한다. 따라서 본 연구에서는 탈락막 분화에서의 Bax의 기능적 역할을 규명하고자 하였다. 대조군과 털색이 검거나(B.C) 또는 흰(W.C) Bax적중 생쥐 사이에서 임신 능력의 차이는 없었으며, 또한 한 배 새끼의 수도 다르지 않았다. 그러나 출산율은 털색이 흰 Bax 적중 생쥐에서 유의하게 낮았다. 이는 착상 또는 탈락막 분화의 문제일 가능성이 있음을 의미한다. 초기 임신 동안 Bax, Bak, Bcl-2, Fas의 전사 정도를 정량 분석 한 결과 Bax는 착상 초기에 매우 높은 발현 상태를 유지하였으나 착상 전후에는 매우 낮은 수준으로 유지되었다. 반면 Bak은 Bax나 Fas에 비하여 착상 이후 자궁에서 가장 높은 수준으로 발현하였다. Bcl-2와 Fas는 이 시기 동안 기저수준을 유지하였다. 이러한 결과는 BAK 에 의해 착상 이후 탈락막의 세포사가 주로 진행됨을 의미한다. 따라서 다음 단계로 Bax적중 생쥐에서 탈락막의 반응 정도를 배아 이식을 통하여 알아 보았다. 대조군과 털색이 검은 Bax 적중 생쥐에서는 탈락막 반응이 온전히 진행되었다. 그러나 흰 털색의 Bax 적중 생쥐에서는 불완전한 탈락막 반응을 보였다. 세 가지 실험군의 자궁 기질 세포를 체외 배양한 결과와 탈락막 분화 유도를 통한 결과에서도 흰 털색 Bax 적중 생쥐에서의 불완전한 탈락막 반응이 확인 되었다. 이러한 결과로부터 Bax뿐만 아니라 털 색과 연관된 어떠한 유전자가 탈락막 분화에서 주요 조절자로 작용할 것임을 알 수 있다. 한편 c-Myc 적중 모델의 경우 털색을 상실하며, 임신 기간 동안 c-Myc의 전사 정도를 정량 분석한 결과 대조군과 검은 털색의 Bax 적중 생쥐와 달리 흰 털색의 Bax 적중 생쥐에서 c-Myc의 발현이 유의하게 감소하였다. 또한 기질 세포의 체외 배양 결과 c-MYC antagonist가 탈락막 반응을 농도의존적으로 억제하였다. 이상의 결과에서 Bax가 탈락막 분화에서 필요충분조건은 아니나 c-Myc과의 상호 조절 관계가 성립된 조건에서는 탈락막의 분화를 억제하는데 충분조건으로 역할을 하는 것을 알 수 있다.|Implantation of blastocyst into the endometrium in rodents initiates apposition and attachment of the blastocyst to the receptive uterine luminal epithelium. At the time of implantation there are dramatical remodeling and functional differentiation of uterine endometrium. Decidualization is the process by which the uterine stromal cells proliferate and differentiate into morphologically and functionally distinct decidual cells. During pregnancy, regression of the decidualized endometrium appears through apoptosis by the interaction of Bcl-2 gene family. Bax is one of the key molecules in apoptotic process as a major regulator to promote apoptosis. It has been suggested that Bcl-2 family is main regulator of deciduas degradation. Bax is also suggested as a key molecule in decidual degradation. However, it is reported that Bax KO is fertile. Therefore, in this study, the functional roles of Bax in uterine stromal cell differentiation into decidual cell were investigated. Real-time PCR technology, immunohistochemistry method, embryo transfer method, and in vitro decidualization-induction technology were employed to explore the roles of Bax. Bax mRNA was detected from day 1 of pregnancy but its level was very low during decidualization. On the other hand, the expression levels of Bak mRNA increased and peaked during decidualization. The levels of Bak mRNA and its downstream signaling mediation maintained their lower level during decidualization. The pregnant uteri of Bax-/-(W.C) did not properly respond to the decidual signaling after attachment of blastocyst to the uterine epithelization. Antagonist of c-MYC, a candidate of Bax related genes, inhibited the decidual reaction. Based on this study, it is explored next. Bax is not main signaling axis in the decidual regression. It is suggested that the presence of Bax can modulate the expression of c-Myc and the down regulation of c-Myc is the cause of loss the decidual differentiation in the uterine stromal.