Induction of cytochrome coxidase subunit I gene in neuronal differentiation of PC12 cells

Abstract

It is becoming increasingly evident that significant changes in gene expression occur during the course of neuronal differentiation. Thus, it should be possible to gain information about the biochemical events by identifying differentially expressed genes in neuronal differentiation. PCR-based differential display technique makes it possible to identify differentially expressed genes by simply identifying differences in the levels of mRNAs found in the same cell under different conditions. The PC12 cell line is a useful model system to investigate the molecular mechanisms underlying neuronal differentiation and has been used extensively for the study of the molecular events that underlie the biological actions of nerve growth factor (NGF). In this study, I report an application of the recently described mRNA differential display method to analyze differential gene expression during neuronal differentiation. Using this technique, I have identified several cDNA tags expressed differentially during the course of neuronal differentiation. Interestingly, one of these clones was cytochrome c oxidase subunit I (COX I) gene. The differential expression of COX I gene was confirmed by Northern blot analysis as well as RT-PCR. Southern blot analysis of the genomic DNA of PC12 cells revealed that COX I is a single gene. Induction of the oxidative enzyme might reflect the energy requirement in neuronal differentiation.;세포의 발생과 분화 과정에 많은 유전자들의 발현 양상이 중요한 역할을 함은 이미 보고 되어 있다. 이러한 보고들을 토대로 하여 신경 세포 분화 과정 동안에 차별적으로 발현되는 유전자를 동정, 분리함으로써 신경 세포 분화에 관련된 유전적, 생화학적 변화에 대한 정보를 얻을 수 있을 것이라 기대된다. 한 세포가 분화 과정을 통해 다른 상황에 처함으로써 발생하는 유전자 발현의 차이를 mRNA 수준에서 확인하는 데에 최근 가장 유용하게 사용 되는 기법으로 PCR-based differential display 방법을 들 수 있다. 본 연구에서는 최근 유전자 발현 분석에 이용되고 있는 mRNA differential display 방법을 사용하여 PC12 세포주에서 NGF에 의해 유도 되는 신경 세포 분화 과정에 관련된 유전자를 동정, 분리 하였다. 이번 실험 결과 NGF에 의한 신경 세포 분화 과정에서 차별적으로 발현되는 몇 개의 유전자 조각들을 발견 하였는데, 그 중 하나는 cytochrome c oxidase subunit Ⅰ(COX Ⅰ)임이 판명되었다. Differential display 결과로 나타난 COX Ⅰ 유전자의 차별적 발현은 RT-PCR 기술 및 Northern blot 분석에 의해 다시 확인 되었고, PC12 세포주의 게놈 DNA에 대한 Southern blot 분석 결과 COX Ⅰ 유전자는 게놈상에서 단일유전자로 존재함을 알 수 있었다. 이와 같이 신경 세포 분화 과정에서 호흡계의 전자 전달계 효소의 유전자 발현이 증가되는 것은 신경 세포 분화 과정에 에너지가 필요함을 반영 한다고 생각되며, COX Ⅰ이 신경 세포 분화 과정에서 어떠한 기작으로 영향을 미치는가에 대해서는 앞으로 더 자세한 연구가 필요하다고 본다.