□ 연구개요 수막종은 성인에서 가장 흔한 원발성 뇌종양이며 세계 보건기구 조직 병리학 적 기준 (WHO 1 등급) 에의해 대부분 양성으로 간주됩니다. 현재 의료 영상은 수막종을 포함한 CNS 종양의 감별 진단 및 치료 계획에서 근본적인 역할을 합니다. 작고 안정적이며 양성인 수막종으로 판단되면 긴 추적 기간 동안 관찰되는 대기 및 관찰 방법이 이상적이며 비용을 절약 할 수 있는 옵션이 될 수 있습니다. 반면, 크기가 작더라도 성장 속도가 빠르거나 유전형 검사에서 악성 종양이 의심되는 경우 조기 수술 절제를 적극 권장합니다. 수술의 대안으로 방사선 요법이 수막종의 1차 치료로 수행되기도 합니다. 방사선 요법은 종양이 시신경 수막종과 같은 중요한 신경이나 혈관에 너무 가까워서 일부 절제 할 수 없는 경우, 환자의 수술에 대한 걱정, 혹은 환자의 열악한 건강 상태에 대한 우려로 인해 수술을 받을 수 없는 경우에 종종 시행됩니다. 또한 수막종이 불완전하게 제거되었거나, 높은 등급 및 재발성 종양의 경우, 방사선 요법은 대부분 남아있는 종양 세포를 파괴하고 성장이 재발하는 것을 방지하기 위한 보조 요법으로 수행됩니다. 종양의 영상 특성은 정량적 및 정성적 측정을 사용하여 설명할 수 있습니다. 새롭게 떠오르는 분야 인 Radiomics는 고차원 이미지 정보를 여러 계산 알고리즘을 통해 풍부한 수학적 데이터로 변환합니다. Radiomics는 활발한 임상 사례에 대해서 자동적이며, 재현이 가능하고 및 오류가 없는 평가를 촉진하는 영상 지도를 만들기 위해 대규모 이미징 기능을 활용하는 데 초점을 맞춘 새로운 정량 이미징 분야입니다. 상대적으로 제한된 인간의 시각적 관찰에서 주관적이고 정성적인 해석보다는 영상 데이터를 해석하는 객관적이고 정량적 인 접근 방식을 제공합니다. 이에 비해 영상학적 특징은 영상의학과 전문의가 시각적으로 평가하는 종양 특성 (예: 신호 강도, 뼈 침습, 괴사)입니다. 실제로 영상 분석을 통해 생성되는 엄청난 양의 정보는 시각적으로 인식 할 수 없는 조직 병리학 적 종양 정보에 대한 영상학적 정보를 제공하며 진단, 치료 및 예후에 적용할 수는 기술적 기반을 제공합니다. 우리가 아는 한, 영상 또는 조직 특성 분석을 기반으로 뇌수막종에서 방사선 치료 후 변화를 평가한 연구는 지금까지 보고 된 바가 없습니다. 우리는 일반적인 조영 증강 MRI를 기반으로 방사선 치료 후 수막종의 영상학적 정보 및 영상 특성 변화를 조사하려고 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 관찰군과 방사선 치료군 두 그룹 사이의 수막종의 최대 면적과 직경의 방사선학적 차이는 통계적으로 유의했습니다. 방사선 치료군에서 종양이 감소했습니다. 훈련 세트에서 총 241개의 시리즈와 1691개의 라디오믹스 특징이 추출되었습니다. 단변량 분석에서 24개의 라디오믹스 특징이 두 그룹 간에 유의하게 달랐습니다(P<0.05). 최상의 하위 집합(subset)은 AUC가 0.87인 original-based feature 1개, fisr-order based feature 3개 및 wavelet based features 6개로 다변량 분석에서 유의미한 차이(P < 0.05)를 나타냅니다. 모델을 적용했을 때 AUC는 training set과 validation set에 대해 각각 0.76과 0.79였습니다. 수막종의 경우 방사선 치료 후 더 나은 크기 감소를 기대할 수 있다. MRI를 이용한 라디오믹스 모델은 방사선 치료 후 radiomic features에 상당한 변화를 보였습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기대효과 수막종에 대한 방사선 치료는 양성 수막종 (WHO grade 1)에 대한 크기억제에 효과가 있으나 anaplasticor malignant meningioma에 대해서는 크기 억제에 대한 효과는 크지 않을 확률이 놓으며 방사선 치료의 전후의 영상정보 특성은 wavelet-LLH, original shape, wavelet-LHL등의 변화 및 방사선학적 특징 변화는 대체로 크기 감소 및 조영 증강의 감소 등으로 예상됩니다. 2) 활용방안 방사선 치료 후 유의미한 차이를 보이는 방서선 정보 (Radiomics) 와 영상의학적 특징 (Radiologic appearance)을 확인함으로써 수막종의 치료효과를 예측하는 biomarker을 찾고자 합니다. 이 biomarker가 필요한 이유는 수막종의 치료전후의 조직검사가 용이하지 않기 때문이다. 추후에 biopsy결과가 있는 것과 방서선 정보(Radiomics) 와 영상의학적 특징을 비교하는 추가 연구가 필요할 것으로 사료됩니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은수
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 라디오믹스;수막종;방사선치료;영상의학;자기공명영상; 2. Radiomics;Meningioma;Radiation therapy;Radiology;MRI;

□ 연구개요 - 방사선 치료 분야는 조사선량의 정확도를 검증하기 위해, 국제적으로 권고되는 표준에 맞춰 기계적 평가와 빔 선질 평가 항목에 따른 정도관리를 주기적으로 수행하고 있음. - 이때 선질 평가는 물이 채워진 물 팬텀 내에 chamber를 고정시켜 연속적으로 조사되는 빔에 대한 점 선량을 측정하고 있음. 또한 기능성 device의 경우 PDD 측정이 불가함. - 이에 본 연구는 어려운 QA setup 절차를 간소화하고, PDD를 포함하여 relative dose, symmetry 등 다양한 항목을 동시에 측정할 수 있는 멀티형 직교 선량계를 개발하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 본 과제는 방사선 치료용 QA 고속화 시스템 구축을 위한 직교 선량계 개발을 위한 연구로써, 본 과제는 제시된 목표에 따라 성실하게 수행한 결과, 연구 계획서에서 상정한 연구 목표 대비 목표 달성도 100% 이상의 연구 과제를 수행하였다고 판단됨. - 1차년도에서 선량계 제작에 사용될 후보 광도전체 물질들을 선정하고, 방사선에 대한 감약률을 평가하여 감약특성에 따른 최적화 연구를 진행하였음. - 2차년도에서 unit-cell 선량계를 제작하고 신호수집 매커니즘을 확립하여 디지털 자동 검출시스템을 개발하고 활용 가능성을 검증하였음. - photon energy 방사선에 대한 물질의 재현성, 선형성, 선량률 의존성, PDD 반응 특성을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, 평가기준을 만족하였음. - 3차년도에서 선량계를 직교형태로 QA 고속화 시스템을 구축하였고 방사선치료 QA선량계로의 적용가능성을 검증하였음. - 제작된 QA 고속화 시스템의 LINAC symmetry, flatness, PDD20,10을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, 평가기준을 만족하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 제안 기술은 국외 의존도가 높은 방사선 치료분야에서 안전관리 기술의 자립화를 뛰어넘어 세계시장을 선도하기 위한 원천 기술을 확보할 수 있으며, 전 세계적으로 기술 성숙도가 낮은 방사선치료의 QA 기술을 성장시킴으로써 방사선 치료의 품질을 높일 수 있음. - 고에너지 측정을 위한 기능성 소재 제조 기술, 신호 처리를 위한 다채널 H/W 기술 그리고 선량분포 정보를 분석하기 위한 S/W 기술의 집적기술로써 첨단화/전문화되는 계측분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박성광
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;정도관리;깊이선량백분률;직교선량계;선량분포; 2. Radiotherapy;Quality assurance;Percent depth dose;Orthogonal dosimeter;Dose distribution;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 토모테라피 치료계획에 사용되는 여러 매개변수와 DQA 결과의 상관관계 분석 및 Dosiomics를 통한 선량분포와 DQA 결과의 상관관계를 분석하고 이에 따른 feature들로 복합적인 머신러닝을 구성하여 DQA 결과를 예측하고 치료계획 시 조정이 필요한 매개변수를 제시하는 인공지능기반 시스템을 구축하는 것임. 최종적으로 토모테라피 치료 정확도 및 안정성 향상을 위한 인공지능 기반 방사선 치료계획 보조 시스템(RTP assistant system)을 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 가톨릭 중앙의료원 산하 병원에서 수집한 다양한 토모테라피 시스템 기반 암환자의 치료계획 및 DQA 결과 데이터를 기반으로 다양한 환자 집단의 데이터를 확보함. - 수집된 데이터를 기반으로 방사선 치료계획과 DQA 결과 간의 상관관계를 분석하고 특정 치료계획 매개변수가 DQA 결과에 미치는 영향을 확인함. - 연구에서 개발된 다양한 회귀, 분류, 앙상블 모델을 비교 분석한 결과 Voting Classifier와 Stacking Classifier가 가장 높은 성능을 보임. - 토모테라피 치료계획의 매개변수 조정과 선량분포의 변화가 DQA 결과에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 모델 성능 향상 및 최적화 - 모든 모델에 최적화 된 하이퍼 파라미터들을 적용하여 임상 현장 활용을 위한 예측 성능 평가를 수행함. - 도출된 파라미터들을 재계획에 반영 후, Pass rate 평가를 통해 인공지능 기반 토모테라피 방사선 치료계획 보조 시스템을 구축함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [연구과제의 활용계획] － 본 연구를 통해 토모테라피 DQA 결과를 예측하는 모델을 개발함으로써 DQA 측정 전에 실패할 가능성이 있는 치료계획을 미리 확인할 수 있음. 이는 임상 적용 시 DQA 시간과 비용을 줄일 수 있으며 치료계획의 정확도를 보장할 수 있음 － 가톨릭 중앙의료원 산하 병원 데이터를 이용함으로 Tomotherapy Hi-art, Radixact X7, Radixact X9 등 모든 토모테라피 시스템에 적용할 수 있음. － 개발한 시스템을 기반으로 토모테라피 포함 다양한 방사선치료 장비를 이용한 IMRT, SBRT, SRS 등의 다양한 치료기법의 방사선 치료계획 데이터를 수집 및 연구하여 인공지능 기반 통합 DQA 분석 프로그램을 개발할 수 있으며, 인공지능 기반 방사선치료 보조 시스템으로써 고정밀 방사선치료의 정확도를 향상시킬 수 있음. [기대효과] 1. 기술적 측면 - 본 연구기관에서는 다양한 토모테라피 장비(Hi-Art, TomoHD, Radixact X7, Radixact X9)와 치료방식(Tomo-helical & Direct)이 가능하여 광범위한 환자 데이터 수집 가능함. 이러한 환자 데이터들을 학습시킴으로써 한 가지 조건에 국한하지 않고 범용적으로 토모테라피 치료에 적용 가능함. - 본 기관에서는 상기 내용과 같이 다량의 축적된 데이터를 수집 및 학습시킬 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문에 결과 예측 모델에 대한 높은 정확성을 기대할 수 있음. 2. 경제적 ․ 산업적 측면 - DQA를 실시했을 때 결과를 기준으로 허용범위 이내면 치료를 진행하지만, 벗어나는 경우 재치료 계획을 시행해야 함. 본 연구를 통해 결과에 영향을 미치는 치료계획 매개변수를 미리 파악하고 이를 고려한 치료계획을 진행한다면 방사선치료를 위한 준비 시간이 단축될 것이며, 단축된 시간만큼 치료 시간을 확보할 수 있음. - 방사선치료 수요가 증가함에 따라 방사선치료 기술에 대한 시장성이 큰 현단계에서 개발한 시스템에 대한 전략을 세워 독보적인 위치를 확보한다면, 시장 선점에 따른 수입대체 및 수출로 인한 국부 증대가 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강영남
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 토모테라피;환자별 선량전달 정도관리;인공지능;방사선치료계획 매개변수;정도관리 통과율 결과 예측; 2. Tomotherapy;Patient-specific Delivery Quality Assurance;Artificial Intelligence;Radiation Treatment Plan Parameter;Prediction of Quality Assurance Passing Rate;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 조원기
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 초고해상도 이미징;조로증;자연노화;핵막변형;라미나층; 2. Super-resolution imaging;Progeria;Natural aging;Nuclear deformation;Lamina;

□ 연구개요 본 연구는 최근의 태양 관측결과를 근거로 하여, 태양 대기중에 널리 분포된 자기 플럭스 루프 (magnetic loop)의 동적 형성과 그에 수반하는 가열이라는 새로운 관점에서 태양 물리학의 중요 과제인 태양 대기 가열 문제를 해명하고자 한다. 즉 루프 내에서의 하강류 생성과정, 이 하강류와 저층 대기와의 충돌에 의한 열화 과정, 발생한 열에너지의 루프 상부를 향한 수송 과정을 포괄하는, 루프의 동역학적, 열역학적 진화를 관측을 근거로 한 이론적 고찰를 통해 규명하려고 한다. 이를 통하여, 종래의 연구에서처럼 태양활동영역을 단순히 그 형태에 따라서 분류하는 수준에서 벗어나, 그 구조와 진화에 따라 정량적으로 분류하는 방법을 제시하려고 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Tetsuya Magara
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : solar atmospheric heating;solar dynamics and magnetism;magnetic flux emergence;solar active region;shock wave;nonlinear force-free field;numerical simulation;magnetohydrodynamics;

□ 연구개요 -복사에너지의 파장 선택적 반사, 흡수, 통과가 가능한 고분자 신소재의 개발함. -본 연구는 파장 250nm-2500nm의 빛을 90% 이상 반사시키고 최고 파장 10μm의 적외선의 투과도를 자유롭게 조절 가능한 고분자 신소재를 개발함. □ 연구 목표대비 연구결과 -파장 250nm-2500nm의 빛을 90% 이상 반사시키고 최고 파장 10μm의 적외선의 투과도 50% 이상을 가진 섬유원단을 개발하여 기존 원단과 비교하여 모사피부에서 10도 이상의 온도저감이 확인된 나노메쉬형태의 복사냉각 원단 개발. -페이스마스크에 나노 실버 입자를 적용하여 원적외선 방사율을 높인 복사냉각 페이스 마스크를 개발. -고분자의 원적외선 방사율을 극대화하기 위한 광산란 무기물 분산 고분자 복합체를 제작하여 복사냉각 창호 제작. -사람의 머리카락의 복사냉각 기능을 활용한 온도저감을 측정하고 해석함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) -본 연구는 향 후 소재의 복사냉각 분야를 넓혀, 반대 개념의 복사단열에 관한 연구도 진행하고자 함 (태양열은 100% 흡수, 적외선은 반사). -본 연구를 기초로 향 후 방향 선택적이고 파장 선택적인 반사, 흡수, 투과 가능한 소재로 확장 연구를 진행하고 함. -본 연구의 향 후 적용 가능한 응용분야는 무궁무진하며 파생될 과학 분야는 소재, 나노, 에너지 등 복합 융합적인 발전 가능성이 클 것으로 사료됨. -본 연구는 냉각복사 연구의 국내 선두 역할을 할 것으로 기대되고 학회, 연구 그룹 등에 새롭게 본 분야가 한 센션으로 성장할 수 있는 기틀이 될 것임. -탄소제로를 목표로 하는 전방위 산업계의 한 축으로 본 연구는 발전될 것이며 본 연구자는 관련 기업들과 기초연구를 통하여 긴밀히 공조하고자 함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김건우
• 주관연구기관 : 한국생산기술연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 복사냉각;섬유;태양광;광산란;고분자; 2. radiative cooling;fiber;solar radiation;MIE scattering;polymer;

◻ 연구개요 사구체 특이적 lamin B1 cKO 마우스를 이용하여 노화, lamin B1, 사구체 기능으로 이어지는 유전적 경로의 상호 인과관계를 마우스의 개체수준에서 증명하고 lamin B1의 상위 신호전달경로 및 조절 기전을 규명함 ◻ 연구 목표대비 연구결과 ❍ 과제 계획서에서 제시한 연구목표 중 lamin B1에 의한 신기능 저하를 마우스와 초파리의 개체수준에서 분석하고자 하는 연구목표를 대부분 달성함 ❍ 구체적으로 성공적으로 진행한 연구는 다음과 같음 √ 마우스 사구체 각 세포의 노화에 따른 lamin B1 변화 측정 √ 사구체 특이적 lamin B1 KO 마우스의 생산 및 기본 분석 √ 사구체 특이적 lamin B1 KO 마우스의 분석을 통한 lamin과 신기능 간의 인과관계 확인 √ 초파리를 이용한 lamin B1의 신기능에서의 역할 및 상위 조절경로 규명 ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ❍ 연구과제의 활용 계획 √ 다양한 노인성 질환의 제어를 위한 새로운 모델 제시 √ 본 연구에서 사용된 실험모델을 활용한 다양한 공동연구 추진 √ 당뇨병성 신증 등 유사 신장 질환에 확대적용 ❍ 기대효과 √ 노인성 신기능 저하에 대한 lamin을 매개로 새로운 연구방법 활성화 √ Lamin B1 상위 조절 경로의 연구를 통해 신장 질환 치료 후보물질 발굴 √ 사회 전체의 노령화로 인해 급격히 증가하는 의료비 부담 완화 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김영조
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 노화;핵막;라민 비1;사구체;족세포; 2. aging;nuclear envelope;lamin B1;glomerulus;podocyte;

□ 연구개요 • 체외충격파치료를 이용하여 피부섬유화에 주로 관여하는 근섬유모세포에 기계적 변환을 일으켜 방사선 조사에 의한 피부 섬유화로의 진행을 차단시키고, 섬유화된 피부를 가역적으로 회복시키려고 함. • 방사선 피부섬유화 동물모델을 이용해 체외충격파를 효과적으로 전달하여 실제 임상에서 적용될 수 있는 프로토콜을 제안하려고 함. □ 연구 목표대비 연구결과 A. 체외충격파치료에 의해 발생하는 기계적 변환이 방사선 손상 섬유모세포에 끼치는 영향에 대한 연구 • 방사선 20 Gy의 single dose 로 2 Gy/min의 rate로 조사한 뒤 4Hz의 frequency, 0.1mJ/mm²의 energy flux density, 1000 impulses/cm2로 체외충격파치료를 cell에 시행함 = 체외충격파 세포모델을 정립함. • cell proliferation test = 체외충격파의 다양한 세기에서 세포독성이 없는 것을 확인하였고, 방사선 조사 후 체외충격파 치료에 의해 proliferation이 유의하게 증가한 것을 확인함 • wound healing assay = 방사선 조사 후 체외충격파 치료에 의해 세포의 이동성이 유의하게 증가한 것이 확인됨 B. 체외충격파치료가 방사선 피부 섬유화에 관여하는 세포신호전달체계에 주는 영향을 밝히기 위한 연구 • 방사선 손상 섬유모세포에서 TGF-beta/Smad pathway 인자들에 대한 qPCR과 westen blot = 방사선 피부섬유화에 관여하는 성장인자인 TGF-beta의 억제를 확인할 수 있었으나, TGF-beta/Smad 세포신호전달체계의 간섭효과는 확인할 수 없었음. 고찰상 체외충격파 세기에 따라 Smad-independent pathway를 따를 수 있음을 확인함. • 방사선 동물모델에서 TGF-beta/Smad pathway 인자들에 대한 protein assay = Smad3의 phosphorylation 억제를 통해 방사선 피부섬유화에 관여하는 성장인자인 TGF-beta의 억제를 확인할 수 있었음. C. 방사선 피부 섬유화 모델을 이용하여 체외충격파치료를 방사선 피부손상 치료에 실제 임상에서 적용할 수 있는 프로토콜 개발에 대한 연구 • 방사선 피부섬유화 동물모델 = 방사선 조사 후 mouse back skin에서 fibrosis가 감소하는 것을 M-T stain을 통해 확인. • 면역조직화학검사 = TGF-beta와 myofibroblast의 감소를 조직에서 확인할 수 있었고, 형광 염색을 통해 성숙혈관의 증가에 의한 치유촉진 원리를 이해할 수 있었음. ※ 상기결과들을 취합하여 국제학술대회 발표1회와 논문 투고 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 종양 환자의 방사선 항암 치료 후 체외충격파 치료를 통해 방사선 손상시 가장 흔하게 발생하는 피부 손상을 줄일 수 있어 방사선 치료에 대한 환자 순응도를 매우 높일 수 있을 것임. • 방사선 치료시 발생할 수 있는 피부 손상을 줄임에 의해 치료가 지연되어 생길 수 있는 방사선 치료의 결과나 환자의 삶의 질의 변화를 최소화할 것임. • 방사선 조사 피부 부위의 발암 가능성과 상처치유에 대한 문제점이 사라질 것이고, 이를 치료하는데 드는 많은 비용을 줄일 것임. • 체외충격파치료는 현재 여러 의료분야에서 널리 사용되고 있고, 그 부작용이 미비하여 손쉽게 임상에서 적용할 수 있음. • 연구가 성공적으로 진행되었고, 실제로 임상에서 적용할 수 있는 프로토콜로 연구를 진행하였기 때문에 다른 시행착오 없이 손쉽게 임상에서 적용할 수 있을 것으로 사료됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박상우
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 피부섬유화;체외충격파치료;기계적 변환;근섬유모세포; 2. Radiation-skin fibrosis;Extracorporeal shock wave therapy;Mechanotransduction;Myofibroblast;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구는 은편모조류의 핵 유전체 정보를 이용한 비교유전체 연구 및 phycobilisome 관련 유전자 발굴을 통한 홍조기원 세포내공생 진화 연구를 수행하는데 그 목적이 있다. 최종목표에 도달하기 위해 1) 다양한 색소를 갖는 은편모조류의 무균 배양체 확보, 2) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석, 3) 발현 유전체 분석, 및 4) Phycobilisome 등 색소 관련 유전자를 발굴한다. 분석된 자료를 종합하여, 핵 유전체 해독, 세포내공생 기원 유전자와 외부기원 유전자 이동 등 진화적 근거를 도출하여 은편모조류의 홍조기원 세포내공생 가설을 증명한다. ○ 전체 내용 은편모조류는 단세포성 편모조류로 해양과 담수에 서식한다. 대부분의 은편모조류는 광합성을 하며, 매우 다양한 색소를 갖는다. 색소체는 붉은색, 녹색, 갈색을 띄며, 각 분류군에 따른 뚜렷한 차이를 보인다. 진핵생물에서 다양한 색의 색소체를 갖는 분류군은 은편모조류가 유일하다. 은편모조류는 endosymbiont 기원의 색소체와 핵양체 (nucleomoph) 유전체와 host 기원의 미토콘드리아, 핵 유전체에 유전정보를 가지고 있다. 은편모조류는 홍조류로부터 색소체를 획득하여 2차 세포 내공생 과정으로 기원하였다고 알려져 있다. 특히, 색소체의 4중막 구조와 핵양체의 존재는 2차 내공생 과정으로 색소체를 획득하였다는 확실한 세포 형태학적 증거를 보여주고 있으며, 이들의 색소체 유전정보는 홍조류로부터 기원하였다는 증거를 보여준다. 은편모조류는 진화적으로 광합성 능력을 획득한 이후에 다양한 색소를 갖는 분류군으로 분화하였다. 본 연구는 “은편모조류의 핵 유전체 정보를 비교 분석하여 홍조기원 세포내공생에 의한 진화 과정을 증명하고 다양한 색소 관련 유전자 발굴”하기 위해 기획되었다. 은편모조류의 핵 유전체와 공여자인 홍조류의 유전체 비교분석 연구는 홍조기원 세포내공생설을 유전적으로 증명할 수 있을 것이다. 아울러, 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 핵 유전체 비교분석 연구는 색소체 획득 이후 은편모조류의 종분화와 진화적 패턴을 해석 할 수 있을 것이다. 또한 기존에 잘 알려지지 않은 새롭고 다양한 색소관련 유전자 발굴 가능성을 제시하고 있다. 최근 빠르게 발전하는 유전체 분석 기술과 생물학적 정보들의 활용 및 도입은 본 연구를 수행하기에 최적의 시기로 사료되며, 기 확보된 연구 자료의 활용과 선행연구 결과는 본 연구의 최종목표 도달 가능성을 보여주고 있다. 가설 1: 은편모조류 핵 유전체에 홍조기원 유전자가 EGT 과정을 통해 이동하여 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 은편모조류 핵 유전체와 단세포 홍조류 유전체 비교 분석 기대효과: 은편모조류의 기원과 색소체 획득 진화 과정-홍조기원 세포 내공생 증명 가설 2: 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 색소관련 유전자는 핵 유전체에 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 다양한 색의 은편모조류 핵 유전체 비교 분석: 빨간색/녹색/갈색/무색 은편모조류 방법 2: 다양한 빛 조건 (red/yellow/green)에서 은편모조류의 색소 관련 발현 유전자 비교 분석 방법 3: 색소 관련 유전자, 빌린 유전자, phycobilisome 관련 유전자 탐색 기대효과: 색소체 획득 이후의 은편모조류의 각 다양한 색소조성 분류군으로 진화적 패턴 해석과 색소 관련 유전자 발굴 ○ 1단계 ● 연구 목표 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 ● 연구 내용 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모 3종 (Red/Green/Brown) 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 구축 ○ 2단계 ● 연구 목표 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 ● 연구 내용 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 - 색소 조성에 따른 발현 정도 DEG 분석 - 색소 관련 유전자 발굴 :phytochrome, carotenoids 관련 - 은편모조류 4종의 색소 관련 유전자 비교분석 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 - APC(Allophycocyanin), PE(Phycoerythrin), PC(Phycocyanin) 관련 유전자 발굴 - 홍조기원 Phycobilisome 관련 유전자를 통한 은편모류의 세포내공생 검증 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 - 은편모조류의 핵으로 전이된 홍조기원 유전자 탐색 - 핵 유전체 자료를 이용한 홍조기원 생물의 계통 진화 추론 □ 연구성과 1) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 2) 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모조류 4종 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 수집 - SCI급 논문 출판 3편 (주저자), 2편 (공동저자) - 국내외 학술대회 발표 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구는 세포내공생에 의한 생물의 기원과 진화를 이해하기위한 적합한 연구주제로 순수기초분야 뿐만 아니라, 보다 신뢰할 수 있는 유전자 정보 기반 확보 및 다양한 응용 연구를 위한 생물 소재 자료를 제공 할 수 있는 계기가 될 것이다. 1) 기술적 측면 ● 미세조류에 적합한 생물정보학 분석 기술의 확립과 인프라 구축 ● 유전체 분석, 유전자 발굴 기술 인프라 구축 2) 경제, 산업적 측면 ● 미세조류 유전자원 확보 ● 새로운 자원 발굴 및 미세조류 자원 활용을 통한 생명공학적 신산업군 창출 ● 다양한 색소 생산 생물 소재 제공 ● 다양한 환경에 적응관련 유전자 정보 활용 관련 산업 분야에 기초자료로 제공 3) 환경/생태적 측면 ● 적조생물 저감 제어를 위한 유전 정보 활용 ● 친환경 자원 활용산업 및 바이오그린 에너지용 모델 활용 4) 학술적 측면 ● 유전체 정보 기반 유전자 서비스 제공 및 확보 ● 생물 유전체 정보 수집 및 유전자 정보 축적 ● 광합성 진화 모델 생물 구축 및 광합성 생물 진화 연구분야 선점 ● 새로운 물질 발굴 및 물질 대사 과정 정보 제공 5) 다양한 생물 맞춤 유전체 분석 프로그램 개발 ● 기존에 국한된 모델 생물 또는 박테리아 자료에서 벗어난 새롭고 다양한 진핵생물 유전체 자료를 활용한 생물 맞춤 분석 방법 개발 6) 국제 연구 네트워크 형성 및 국제 협력 ● 미세조류 유전체연구와 유전자 정보 활용은 국내외에서 도입 단계에 있음. ● 국내외 네트워크를 통해 미세조류 유전체 연구 선점 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종임
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 은편모조류;진화;세포내공생;비교유전체;계통유전체; 2. Cryptophytes;Evolution;Endosymbiosis;Comparative genomics;Phylogenomics;

□ 연구개요 본 연구의 최종목표로 매우 polarized된 신경세포에서 로컬한 기능 수행을 위해 존재하는 수상돌기 미니어쳐 세포소기관들(Dendritic miniature organelles)간의 상호작용(interaction)을 조절하는 분자 및 세포 기전을 규명하고, 이러한 상호작용에 의해 특이적으로 조절받는 로컬한 세포 기능을 특성화하고자 설정하였음. 특히, 선행 중견 과제를 통해 얻어진 선행연구결과인 수상돌기 골지(Golgi outposts)와 early endosome간의 상호작용 가능성에 초점을 맞추어 그 조절기전에 집중한 연구를 진행하고자 제안함. 본 과제를 통해 제안된 연구를 통해 궁극적으로는, classical한 peri-nuclear 세포소기관 외에도 신경세포에 존재하는 수상돌기 미니어쳐 세포소기관들에서도 마찬가지로 세포소기관 사이의 상호작용이 활발히 이루어지고 있으며 이를 통해 로컬한 세포 기능이 효율적으로 조절되고 있음을 밝혀내고자 하며, 이러한 로컬 프로세스를 원격으로 제어하는 신경세포 특이적인 조절 기전을 규명하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 세부적인 연구목표로 1차년도에 신경세포내 미니어쳐 세포소기관들 사이의 상호작용 여부 확인과 미니어쳐 세포소기관간 상호작용에 관여하는 특이적인 Rab GTPases 동정 및 검증, 2차년도에 신규 발굴될 Rab GTPases의 1차 상위 조절 인자 발굴과 cell body로부터 로컬한 지역으로의 원격 조절 매개 인자 발굴, 그리고 3차년도에 미니어쳐 세포소기관간 상호작용에 의해 특이적으로 조절 받는 신경세포의 로컬기능 특성화 및 세포타입 특이성 확인을 설정하였음. 본 과제를 수행하며, 신경세포 수상 돌기내에서 Golgi와 endosome간의 상호작용을 특성화하였으며 이를 매개하는 인자로서 Rab19를 동정하였음. 또한, 이러한 Rab19의 활성을 조절하는 상위 인자로서 pollux를 찾아내었으며, 원격 제어 기전으로 TDP-43 기반의 조절 기전을 밝혀냈음. 최종적으로, 이러한 미니어쳐 세포소기관들간의 상호작용이 수상돌기의 형태 조절에 관여하고 있으며 plasma membrane을 공급하는 역할을 수행함을 규명하였음. 종합하면, 과제를 제안하며 설정한 모든 세부 연구목표를 성공적으로 달성하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 그동안 많은 연구가 진행되어온 classic한 peri-nuclear 세포소기관들과는 달리 아직 연구가 많이 진행되지 않은 미니어쳐 세포소기관들은, 그들이 어떻게 생성되는지나, 세부 기능과 구성성분에서 peri-nuclear 세포소기관들과 어떤 부분이 같고 어떤 부분이 다른지조차 아직 정확히 알려져 있지 않음. 이러한 상황에서, 그들간의 상호작용에 대한 우리의 이해는 거의 미비한 상황이지만, 일부 미니어쳐 세포소기관간의 기능적 중복성에 기반해서 그들간의 상호작용이 존재할 가능성은 충분히 높았음. 본 연구진은 이처럼 많이 연구되지 않은 도전적인 분야를 개척해 나가고자 하였으며, 성공적으로 연구를 수행하며 관련 연구 분야를 국내주도로 선도해 나갈 수 있도록 충분한 연구 결과들을 확보할 수 있었음. 또한, 선행 중견과제에 연이어 미니어쳐 세포소기관에 특화된 보다 깊이 있는 주제의 과제를 수행함으로써 관련 분야 연구자들을 더욱더 전문적으로 훈련시키고 양성할 수 있었음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이성배
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 미니어쳐 세포소기관;수상돌기;수상돌기 골지;수상돌기 엔도좀; 2. miniature organelles;dendrites;dendritic golgi;dendritic endosome;