연구개발 목표 및 내용 최종 목표 ○유전형 신장질환 다낭신 질환모델 형질전환 복제 미니돼지 생산 ○질환모델 미니돼지의 유전형, 표현형 검증 전체 내용 ○PKD1 유전자 결손 미니돼지 체세포주 작성 ○유전자 결손 체세포의 리프로그래밍에 의해 유도만능줄기세포 수립 ○유도만능줄기세포로부터 다낭신 질환모델 오가노이드 작성 ○오가노이드를 이용하여 형질전환 복제 미니돼지의 다낭신 표현형 예측 ○PKD1 유전자 결손 복제수정란 생산 ○PKD1 유전자 결손 복제수정란 이식 ○PKD1 유전자 결손 복제 미니돼지 생산 ○유전자 결손 복제 미니돼지의 유전형 검증 ○유전자 결손 복제 미니돼지의 다낭신 표현형 검증 연구개발성과 ○인간 질환과 동일한 발현 양상을 보이는 질환모델 미니돼지의 생산과 검증 기술 확보. 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○기술개발 및 특허 출원 이후, 제약회사 등에 기술이전 및 실시권 이양. ○세계 질환 동물모델 시장규모는 2016년 11.1억 달러에서 2021년에는 15.9억 달러로 성장할 것으로 예측 (https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports). ○유전자 결손 질환모델 미니돼지의 가치는 마리당 약 5-10만 달러에 이를 것으로 예상되며 형질전환 마우스 산업의 발전에서 경험한 바와 같이, 다양한 질환에 대한 질환모델 미니돼지 돼지를 연구용 및 신약 개발에 있어서 전임상에 활용할 수 있도록 연구기관, 제약회사 등에 공급. ○질환모델 미니돼지의 생산 및 신약, 유전자치료의 효능 검증을 대행하는 신산업 창출. (출처: 요약문 2p)

• 연구책임자 : 심호섭
• 주관연구기관 : 단국대학교
• 발행년도 : 20221200
• Keyword : 1. 유전성 신장질환;유전자편집;신장 오가노이드;체세포핵이식;형질전환 미니돼지; 2. genetic kidney disease;gene editing;kidney organoid;somatic cell nuclear transfer;transgenic minipig;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 DNA 복제실수교정 (mismatch repair; MMR) 유전자 변이에 따른 방사선에 의한 유전체 돌연변이 유발 정도를 마우스 정상 대장 조직 및 인체 정상 대장 조직에서 유래한 오가노이드의 전장유전체 염기서열분석(whole-genome sequencing; WGS)을 이용하여 단일 세포 수준에서 확인한다. ○ 1단계 ● 목표 MLH1^+/-, MLH1^-/- 마우스의 대장 오가노이드를 활용하여 in vitro, in vivo 방사선 조사 후, 방사선에 의한 유전체 돌연변이 차이를 정상 마우스와 비교한다. ● 내용 1. MLH1^+/+, MLH1^+/-, MLH1^-/- 세 군의 마우스에서 정상 대장 오가노이드 확립, 일정 시간 배양 후 (2 개월) 유전자 돌연변이 분석 및 in vitro 방사선 조사 (0, 8Gy) 후 유전체 돌연변이 분석 2. 마우스 세 그룹에서 in vivo 방사선 조사 후 (0, 8Gy) 대장 오가노이드 배양, 유전체 돌연변이 분석 3. 유전체 돌연변이 분석은 오가노이드의 단일세포 분리, 클론배양 후 whole-genome sequencing을 통하여 단위 베이스 당 돌연변이양, microsatillite instability (MSI) 및 유전체 변이 특성(mutational signature) 분석 ○ 2단계 ● 목표 인체 정상 대장 오가노이드를 확립하고, 유전자가위(Crispr/Cas9) 를 통해 MLH1 유전자 변이를 유도, in vitro 방사선 조사 후 유전체 돌연변이 차이를 확인한다. ● 내용 1. 인체 정상 대장 오가노이드에 유전자가위(Crispr/Cas9)를 이용하여 MLH1^+/-, MLH1^-/- 오가노이드 확립 - 대장절제술을 시행한 인체 대장 검체로부터 정상 대장 오가노이드 배양 - MLH1 유전자 변이를 유도하는 guide RNA를 제작하고 Crispr/Cas9을 이용하여 MLH1 유전자 변이가 유도된 오가노이드 확립 2. MLH1^+/+, MLH1^+/-, MLH1^-/- 인체 대장 오가노이드에서 in vitro 방사선 조사 (0, 8Gy) 후 whole-genome sequencing을 통해 유전체 돌연변이 차이 비교분석 □ 연구개발성과 ■ 정상 마우스 대장 오가노이드 확립 및 in vivo, in vitro 방사선 실험을 통해 상기 방법론으로 방사선에 의한 특이적 유전자 변이 측정이 가능함을 확인함 ■ MLH1 +/- embryo를 도입하여 배앙을 통해 MLH+/-, MLH-/- 마우스 생산에 성공함 ■ 정상 인체 대장 오가노이드 배양에 성공하여 후속연구에 대한 기반을 마련함 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ■ 오가노이드를 이용하여 방사선의 돌연변이 유발 정도를 측정하는 방법론은 향후 방사선유발 돌연변이 측정에 많은 도움이 될 것으로 사료됨 ■ 대장암의 MMR 유전자 변이외에도 유방암에서 BRCA1/2 변이 등 DNA repair 유전자의 변이가 암 발생에 중요한 역할을 하고 있어 이러한 유전자의 변이가 있는 암환자들에서 방사선으로 인한 이차암 발생 여부 및 방사선 민감성/저항성 여부는 개인 맞춤형 치료에 매우 중요한 요소로, 본 연구 방법이 널리 응용될 수 있으리라 생각함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김경수
• 주관연구기관 : 이화여자대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선치료;오가노이드;복제실수교정유전자;린치증후군;전장유전체분석; 2. Radiotherapy;Oragnoid;Mismatch repair gene;Lynch syndrome;Whole genome sequencing;

□ 연구개요 두경부종양에서 방사선치료는 큰 역할을 수행하고 있으나, 동반되는 부작용이 많고 그 중에서도 구내점막염은 치료효과의 감소, 환자 삶의 질 하락 등 큰 영향을 끼친다. 하지만 아직까지 효과적인 예방법이 없는 상황으로, 방사선 방호 효과가 알려진 아미포스틴과 멜라토닌의 효과를 비교 분석하고 병용 사용의 효과도 알아보고자한다. □ 연구 목표대비 연구결과 방사선(15 Gy) 단독 조사를 받은 그룹에 비하여 아미포스틴+멜라토닌을 병용 투여한 그룹에서 전체 관찰 기간중에 유의한 체중 증가와 상피세포 증식이 관찰되었다. 상피세포의 두께를 측정하였을 때, 아미포스틴+멜라토닌 그룹(73.9 ± 9.7 um)은 방사선 단독 그룹 (28.8 ± 13.9 um)에 비하여 통계적으로 유의한 두께 증가를 보였다(p < 0.001). Ki67 발현은 아미포스틴 단독(26.9 ± 8.5), 멜라토닌 단독(27.7 ± 8.0), 아미포스틴+멜라토닌 그룹(35.1 ± 9.3)에서 모두 방사선 단독 그룹(6.5 ± 3.1)에 비하여 유의하게 증가하였다 (p < 0.001). TUNEL 염색에서도 아미포스틴+멜라토닌 그룹(13.4 ± 4.1)은 방사선 단독 그룹(31.5 ± 9.6)에 대비하여 통계적으로 유의한 방사선유발 apoptoic cell 생성의 감소를 보였다 (p < 0.006). □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 방사선 유발 구내점막염에서 아미포스틴과 멜라토닌은 유사한 보호 효과를 보였고, 병용 사용시 효과가 증대하는 경향을 보였다. 추후 임상에 적용을 가늠하기 위하여 이번에 적용한 15 Gy 일회 방사선조사 이외에 임상에 더 가까운 분할조사에서도 유사한 결과를 보이는지 추가 연구를 계획하고 있다. 그리고 아미포스틴(200 mg/kg)와 멜라토닌(100 mg/kg) 1회를 방사선조사 1시간전 복강내 투여한 것에서 더욱 다변화 하여 투여기간 증가를 하였을 때 효과가 더욱 상승하는 지도 알아보고자 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김동현
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20220900
• Keyword : 1. 아미포스틴;멜라토닌;방사선;구내점막염;쥐; 2. amifostine;melatonin;radiation;oral mucositis;rats;

□ 연구개발 목표 차세대 세포치료제로서 동형접합 체세포복제 배아줄기세포의 당위성을 확보하기 위해 줄기세포치료제로서의 기능성을 확인하고, 면역적합성을 분석하고자 함. 대표적인 3배 엽성 세포로의 분화와 특성 분석을 통해 그 기능성을 확인하고, 인간의 면역체계를 가지고 있는 인간화 생쥐에 이식을 통해 면역학적 특성을 분석하여 범용성을 확인하고자함. 또한, 최소한의 HLA 유전자 조작을 통해 경미한 면역유전자 불일치를 극복할 수 있는 기법을 개발함으로써 줄기세포의 면역적 범용성 확대 가능성을 연구하여 줄기세포 치료제의 조기 실용화에 기여하고자 함. □ 연구개발 내용 ㅇ 동형접합 체세포복제 배아줄기세포와 HLA 일치 및 불일치 모델 인간화 생쥐 제작 ㅇ 동형접합 역분화줄기세포 유래 내배엽계 폐상피 세포와 인슐린 분비 분화세포의 분화방법 개발과 기능 분석, 분화유도과정 중 면역관련인자의 발현 분석 ㅇ 중배엽과 외배엽계 골분화 및 신경세포 분화 억제인자 발굴 및 기능 분석 ㅇ 연골화 및 신경세포로 분화되는 유도인자 활성 제어를 통한 줄기세포 기능 강화 ㅇ 미세환경 조절 가능 고 기능성 전달체 개발 ㅇ HLA 항원 인자 제거 줄기세포주와 항원 인자 세포타입 교체 줄기세포주 개발 ㅇ 동형접합 역분화 줄기세포 유래 분화세포와 HLA조작 세포 이식 후 면역 특성 분석 ㅇ 동형접합 체세포복제 배아줄기세포와 HLA 일치/불일치 인간화 생쥐 질환모델 제작 ㅇ HLA 일치 동형접합 체세포복제 배아줄기세포 유래 분화세포의 세포치료효과 분석 □ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함) ㅇ 동형접합 전분화능 줄기세포를 이용하여 줄기세포 기반 세포치료제의 면역적합성에 대한 해결 가능성을 제시하며, 이를 통해 범용 적용에 대한 근거를 제시하여 임상연구와 대량 상용화에 기여할 수 있음. ㅇ 본 연구를 통해 개발될 HLA 항원 조절 범용 줄기세포는 기존 줄기세포의 한계인 면역원성을 극복함으로써 기존의 세포치료제의 패러다임을 바꾸고 현재 급성장하고 있는 재생의학 관련 산업 및 의약품 산업 등을 선도 할 수 있을 것으로 기대됨. ㅇ 동형접합 체세포복제 배아줄기세포 유래 분화세포의 우수성의 확인을 통해 국내 원천기술에 대한 지적재산권을 확보함으로써 경제적 가치 창출에 기여할 수 있음. ㅇ 동형접합 전분화능 줄기세포의 분화를 제어함과 동시에 줄기세포의 생착능을 향상시킬 수 있는 생체모방 조직의 제작을 통하여 연골 및 신경세포 분화능을 극대화 한다는 점에서 기존의 줄기세포 주입법에 비해 치료 효과가 획기적으로 개선될 것으로 예상됨. 이러한 원천기술에 대한 지적재산권을 확보함으로써 경제적 가치 창출에 기여할 수 있을 것으로 기대함. ㅇ 본 연구를 통하여 개발된 면역원성 조절 시스템과 줄기세포주는 특허출원을 통하여 기술이전이 가능하며, 특히 유전자 편집 기술은 미래창조형 의료기술로써 현재 전세계적으로 시도되고 있는 유전자 치료와 세포치료제 개발에 응용될 중요한 핵심기술임. 따라서 전 세계에서 의료시장을 선점하고 경쟁하기 위해서는 본 과제 결과물들이 특허와 연결되며, 관련 의료산업 발전에 초석이 될 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이동율
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. HLA 동형접합 전분화능줄기세포;인간화 생쥐;면역적합성;분화;고 기능성 전달체;약물전달;HLA 유전자 조작;HLA 세로타입 교체; 2. HLA homozygous human pluripotent stem cells;humanized mice;immune compatibility;differentiation;high performance scaffold;drug delivery;modification of HLA genes;HLA serotype replacement;

□ 연구개요 본 연구에서는 1. 뇌졸중 동물모델을 활용하여 compensation mechanism,과 recovery mechanism을 신경학적 그리고 운동학적 수준에서 명확하게 규명하고 2. 방사광을 기반으로 뇌졸중 동물모델의 근육조직을 3차원 모델링 및 최적화 연구를 수행하여 이를 토대로 3. 뇌졸중 환자의 compensatory movement 감소시키고 recovery movement를 증가시키는 질적 향상 운동 프로그램을 제시하고자 하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 - Stroke 모델링을 실시하고 뇌졸중 흰쥐모델을 대상으로 forelimb과 hindlimb의 행동학적 평가를 통하여 compensation movement를 분석하였다. 또한 뇌졸중 흰쥐모델의 histologic analysis를 통하여 흰쥐 brain의 motor cortex의 BDNF와 NGF의 발현양상 관찰하여 뇌졸중 흰쥐모델의 뇌조직 손상 및 회복과 이와 관련한 행동양상 변화를 분석하였다. - 동물모델을 활용하여 muscle tissue와 bone tissue을 면밀하게 분석하였다. bone tissue 분석을 위하여 micro CT, Phase contrast X-ray microtomography를 활용하였으며 muscle tissue 분석을 위하여 Phase contrast X-ray microtomography를 활용하였다. 특히 하나하나의 muscle fiber의 내부구조를 Hard X-ray nanotomography를 활용하여 3차원적으로 분석하였다. - 뇌졸중 환자의 보상적인 움직임을 감소시키고 질적 움직임 향상을 이끌어낼 수 있는 운동 프로그램 활용 방법에 대하여 연구하였다. Trigger FES 자극 & 거울치료 적용방법에 대하여 조사하였고 치료 이후 균형능력과 보행능력 증진을 통하여 뇌졸중 환자의 전반적인 질적 움직임 수준을 향상을 확인할 수 있었다. Task specific training 적용방법에 조사하였고 Task specific training이 뇌졸중 환자의 spasticity를 감소시키고 고유수용성 감각능력 증진시켜 뇌졸중 환자의 움직임을 개선하고 보행과 일상생활 동작에 도움을 줄 수 있음을 확인하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 연구에서 신경학적인 변화와 연관하여 움직임 손상을 이해할 수 있는 중요한 메카니즘을 제시하였다는 점에서 중요한 의미가 있으며 추후 뇌손상으로 나타나는 운동양상을 파악하는 연구를 진행하는데 있어 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. - 방사광을 활용한 생체조직의 미세구조 분석의 효용성에 대하여 확인하였으며 추후 동물조직의 내부 세부구조를 명확하게 관찰하는데 있어 본 연구의 결과가 효과적으로 활용될 것으로 보인다. 또한 연구에 활용된 3차원적인 미세구조 분석을 통해 병리학적 메카니즘과 회복 메카니즘 연구의 고도화가 이루어질 것으로 판단된다. - 본 연구에서 뇌졸중 환자의 움직임을 개선할 수 있는 운동 프로그램을 조사하여 적용 이후 그 효과를 확인하였다. 이와 같은 결과는 본 연구에서 제시한 운동 프로그램이 뇌졸중 환자의 잠재력을 향상시키고 기능 능력 수준을 향상시키는데 크게 기여할 수 있음을 나타내는 것이며 나아가 본 연구에서 제시된 운동 프로그램의 적용은 뇌졸중 환자의 치료로 인한 사회적, 경제적 비용을 절감하는데 크게 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 장상훈
• 주관연구기관 : 한국교통대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 뇌졸중;보상작용;근육;방사광가속기;질적 움직임; 2. stroke;compensation;muscle;synchrotron radiation;qualitative movement;

□ 연구의 목적 및 내용 연구개발 최종목표: 광 디스크와 고효율 박막 태양광센서의 광, 융합기술을 기반으로 한 고에너지 입자선의 측정기술 개발 - 고에너지 입자선의 비정 및 에너지 측정을 위해 사용되는 기존 시스템의 비용 및 측정정확도의 한계를 극복하고자 이를 대체할 수 있는 광디스크와 박막 태양광센서 기반 광, 융합기술을 이용한 고에너지 입자선 측정시스템을 개발하고자 함. - 가격이 저렴하고 저비중의 재료인 광디스크와 태양광센서를 융합하여 고에너지 입자선 측정에 최적화되어 있는 저비용, 고효율 측정기술 및 시스템 개발하는 것을 목표로 함. □ 연구개발성과 < 정성적 성과 > 1. 태양광센서 신호검출방식 기반 단일 광디스크를 이용한 양성자 빔 측정시스템 개발 • 양성자 빔에 대한 광디스크 신호검출을 위한 최적화된 태양광센서 조건 연구 • 태양광센서 기반 신호검출 모듈 설계 및 개발 • 단일채널 광디스크를 통한 빔 측정시스템 개발 2. 태양광센서 신호검출방식 기반 광디스크 배열을 이용한 양성자 빔 측정시스템 개발 • 단일채널 측정시스템에 대한 양성자 빔 특성평가 • 태양광센서 기반 다채널 신호검출 모듈 설계 및 개발 • 광디스크배열 빔 에너지 측정시스템 프로토타입 개발 3. 환자치료용 양성자 빔을 통한 광디스크 기반 빔 정도관리 시스템 검증 • 광디스크배열 빔 에너지 측정시스템 프로토타입 성능 검증 및 최적화 • 치료용 고에너지 양성자 빔에 대한 정도 관리시스템 임상 활용 □ 연구개발성과의 활용계획(기대효과) • 본 연구결과를 통해 개발될 시스템은 양성자뿐만 아니라 중입자를 사용한 방사선치료에 적용되어 치료의 정확도를 검증할 수 있어 세계적으로 관심이 증대되고 있는 미래지향형 방사선치료인 고에너지 입자선 방사선 치료로부터 환자의 안전을 가장 정확하게 확보할 수 있는 입자 방사선치료 안전시스템이 될 것임. • 치료용 고에너지 입자선을 검증하고 정확도 향상으로 치료 효과를 극대화한다면, 현재 미주 및 유럽의 양성자 치료비용의 1/3 가격으로 우수한 암 치료를 받을 수 있게 됨으로써 외국인 환자 유치성과에 의한 국부창출 효과와 더불어 우리나라가 세계 입자선 치료를 선도하는 발판을 마련할 수 있음. • 또한, 기존의 양성자 빔 측정 장치인 ion chamber의 경우 가격이 굉장히 비싸고, 이를 측정하기 위한 설치 및 측정시간이 많이 걸려 실제 사용상 많은 문제점과 어려움이 있음. 광디스크-태양광센서 기반 입자 빔 측정시스템을 개발할 경우, 인적·시간적 비용 절감으로 업무 로드를 줄일 수 있을 것으로 예상함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 신동호
• 주관연구기관 : 국립암센터
• 발행년도 : 20221000
• Keyword : 1. 광디스크;태양광센서;고에너지 입자선 모니터링;에너지 검증;비정 검증; 2. Optical disk;Solar sensor;High energy particle beam monitoring;Energy verification;Range verification;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김윤혜
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20220700
• Keyword : 1. 방사선치료;침샘;오가노이드;환자맞춤형;조직재생; 2. Radiation;Salivary gland;Organoid;Personalized medicine;Tissue regeneration;

본 연구는 식품 중 방사성 핵종 Tc-99 및 Co-60 에 대한 시험법을 확립하고 특정지역 (유럽)의 수입식품에 대한 오염실태를 조사하였다. 식품 내 Tc-99는 건조 및 분쇄, 균질화, 회화 등의 전처리 과정을 거친 후, 철 공침 및 음이온교환크로마토그래피법 등을 사용하여 추출하였다. 전처리 과정에서 발생하는 손실을 줄이기 위해 tracer 사용량, 회화 조건, 음이온교환수지 사용량 및 추출 용매량 등에 대해 최적화하였다. 또한, 액체섬광계수기의 분석조건 확립을 위하여 소광보정곡선 작성, 측정용기에 따른 배경방사능 비교, 분석 채널을 최적화하였다. 최적화한 시험법의 MDA는 CODEX guideline에서 제시한 기준치의 1/100 수준인 10 Bq/kg(영·유아식품 기준: 1,000 Bq/kg), 100 Bq/kg(기타식품 기준: 10,000 Bq/kg)을 충족하였고, 시험법의 유효성 검증을 위해 외부 분석기관과 교차검증을 실시하였으며, 선택성, 정확도, 정밀성, MDA 등을 확인 비교한 결과, 모두 허용범위를 만족하였다. 식품 내 Co-60 분석을 위하여 검체 전처리 및 기기분석 조건을 확립하였다. 고순도저마늄검출기의 계측조건을 최적화하기 위하여 검출기의 파라미터, 피크판정 조건, 피크면적 계산방법, MDA 계산법 등을 설정하여 최적화하였고, 이를 바탕으로 검출기의 에너지 및 채널교정을 수행하였으며, Co-60 분석을 위하여 배경방사능, 동시합산, 붕괴보정을 통하여 시험법을 최적화하였다. 최적화한 시험법의 MDA는 NUREG 4.16 계산식을 적용하였으며, 확립된 시험법의 MDA는 CODEX guideline에서 제시한 기준치의 1/100 수준인 10 Bq/kg을 충족하였다. 시험법의 유효성 검증을 위해 외부 분석기관과 교차검증을 실시하였고, 선택성, 정확도, 정밀성, 최소검출농도 등을 확인 비교한 결과 모두 허용범위를 만족하였다. 확립된 시험법을 이용하여 대형 원자력시설이 있는 특정지역(유럽)의 수입식품 (79품목, 124건)에 대하여 Tc-99 및 Co-60의 오염실태를 조사하였는데 모두 불검출로 '위해성 우려 매우 낮음'으로 나타났다. 다만, 헤이즐넛(1건) 및 링곤베리(1건)에서 Cs-137이 5.29 Bq/kg, 4.03 Bq/kg으로 미량 검출되었다. 본 연구를 통하여 유럽산 수입식품의 방사능 안전성을 확인하였고, 식품 중 방사능 안전관리 확대를 위한 시험법 및 기초자료를 마련하였다. (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 김현경
• 주관연구기관 : 식품의약품안전평가원
• 발행년도 : 20221200
• Keyword : 1. 식품;방사능;테크네튬(Tc-99);코발트(Co-60);모니터링; 2. Food;Radioactivity;Technetium(Tc-99);Cobalt (Co-60);Monitoring;

□ 연구개요 본 과제의 최종 연구 목표는 Ran/TC4 small G-protein이 어떠한 방식으로 전사인자 등 주요 신호전달 매개 단백질의 핵 내 이동을 조절하여 호르몬의 활성, 특히 살리실산에 의한 노화를 조율하는지를 밝히는 것이다. 이를 위해서는 첫째, 단백질의 핵 내이동을 조절하는 Ran-GTP/-GDP의 영향과 함께, 이들 과발현체의 식물 노화, 호르몬 관련 표현형을 유전적 교배체를 통해 분자 생리학적으로 분석하였다. 둘째, Ran-GDP/Ran-GTP 특이적 전사체(RNAseq 활용) 및 표적유전자 프로모터의 cismotif 조사하여 호르몬 상호 간 협업을 매개하는 주요 단백질을 동정하고 그들의 transcription regulon을 확립하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 잎의 노화는 다양한 요인으로 인해 조절되고, 특히 호르몬이나 빛이 중요 촉발 조절요인이다. 우리는 이번 연구에서 Ran1-GTP의 과발현은 잎의 노화를 효과적으로 유도한다는 것을 밝혀내었고, 이와 함께 이러한 Ran1의 작용이 살리실산 신호를 매개하는 TGA2와 NPR1 전사인자의 핵 내 축적을 유도하여 달성된다는 것을 증명했다. RNAseq을 활용한 전사체 분석 결과, Ran1-GTP 과발현체에서는 노화 촉진 관련 유전자의 발현이 증가하였고 엽록체나 엽록소 생산에 관련된 유전자의 발현은 억제되었다. 또한 노화 촉진 호르몬 표적유전자의 발현도 증가하였는데, 특히 살리실산 신호전달 관련 표적유전자의 발현이 TGA2와 NPR1의 핵내 축적의 결과로 급격하게 증가하였다. 우리 연구진은 이러한 결론을 유전학적으로 확인하기 위해 다양한 Ran1점돌연변이 과발현체를 살리실산 신호전달이 저해된 npr1 기능소실돌연변이체, 살리실산 생합성 돌연변이체 sid2, 그리고 에틸렌신호전달 결핍돌연변이체 ein3eil1과 교배하여 이중 또는 삼중 돌연변이체를 확보한 후 이들의 age-dependent leaf senescence 와 dark-induced leaf senescence 표현형을 비교 분석하였다. 분석 결과 npr1이나 sid2 genetic background에서는 Ran1-GTP 과발현에 의한 잎의 노화촉진이 심각하게 방해받아 둔화되었으나, ein3eil1 식물체에서는 Ran1-GTP/-GDP 발현 여부에 관계없이 이미 노화가 충분하게 진행되었다. 이와 같은 사실은 Ran1-GTP/-GDP가 매개하는 잎의 노화 조절은 살리실산 특이적으로 작용하고 EIN3와 EIL1이 매개하는 에틸렌 신호전달과는 연관이 없다는 것을 증명한다. 연구 결과는 2022년에 Plant physiology (IF 8.3) 논문으로 출간하였다. 이에 따라 본 연구는 최초의 연구 목표의 상당 부분을 달성하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) Ran/TC4 small G-protein은 생물계를 통해 그 서열이나 기능이 잘 보존되어 있으므로 노화/발달 등에 대한 식물호르몬 협업기작을 규명하는 본 연구의 결과물은 동물의 발달 생물학 분야에서도 아주 중요하다고 할 수 있겠다. 특히나 본 과제의 수행 결과 얻어지는 노화 조절에 대한 정보는 농업적으로도 작물의 빛 이용 효율을 제고하기 위한 노력에 효과적으로 응용될 수 있을 것이다. Ran과 그 결합단백질들의 활동은 단백질이동, RNA의 processing 과 이동, 세포주기 진행조절 등 세포의 필수적인 활동에 매우 중요한 단백질 군이다. 또한 이러한 단백질들이 gene silencing이나 agrobacterium- mediated gene transformation에 관련되는 단백질들의 기능에도 미친다는 사실은 Ran과 그 결합단백질에 대한 연구가 유전체 전달을 위한 생물기반기술 개발로도 바로 응용될 수 있음을 보여준다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김수환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 브라시노스테로이드;에틸렌;살리신산;노화; 2. Brassinosteroid;Ethylene;Salycylic acid;Ran small G-protein;Senescence;

□ 연구개요 ○ 최종목표 : 본 제안과제에서는 환자 유래 췌장 암 조직을 활용하여 종양 미세환경이 모사된 췌장암 오가노이드를 제작해 방사선 치료 내성 기전을 규명하고 치료 타겟을 발굴하고자함 ○ 연구목표 1 : 종양 미세환경 모사 췌장암 오가노이드 개발 - 췌장암 환자 유래 조직으로부터 종양 오가노이드, CAFs를 각각 분리 배양하고, 이를 공배양하여 환자의 췌장암 조직과 유사한 종양 미세환경을 갖는 종양 오가노이드를 제작하고 이를 검증하고자 함 ○ 연구목표 2 : 방사선 치료에 의한 종양미세환경 변화 규명 - 종양 미세환경 오가노이드를 활용하여 방사선 치료로 인한 종양 미세환경과 종양 특성의 변화와 기전을 규명하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 연구목표 #1 (1차년도) : 방사선에 대한 췌장암 오가노이드와 CAF의 내성 및 특성변화 확인 ● 췌장암 환자의 조직으로부터 종양 오가노이드, CAF를 각각 분리 배양 : 동일한 환자 조직으로부터 세포를 분리함 ● 배양한 종양 오가노이드, CAF의 공배양 조건 최적화 : 각기 다른 배양조건을 지닌 세포이기 때문에 동시에 배양이 가능한 조건을 확립해야 함 ● 방사선 치료 모델 제작 : 종양 미세환경 오가노이드에 방사선을 조사한 뒤 방사선에 의해 영향을 받는 유전자 발현 변화가 나타나는지 검증하여 방사선 모델을 제작 ○ 연구목표 #2 (2차년도) : 환자 유래 췌장암 조직을 활용하여 종양 미세환경이 모사된 췌장암 오가노이드를 제작해 방사선 치료 내성 기전을 규명하고 치료 타겟을 발굴 ● 종양 미세환경 모사 췌장암 오가노이드 개발 : 췌장암 환자 유래 조직으로부터 종양 오가노이드, 종양연관 섬유아세포와 종양연관 대식세포를 각각 분리 배양하고, 이를 공배양하여 환자의 췌장암 조직과 유사한 종양 미세환경을 갖는 종양 오가노이드를 제작하고 이를 검증하고자함 ● 방사선 치료에 의한 종양미세환경 변화 규명 : 종양 미세환경 오가노이드를 활용하여 방사선 치료로 인한 종양 미세환경과 종양 특성의 변화와 기전을 규명하고자 함. ○ 연구목표 #3 (3차년도) : 췌장암 오가노이드의 방사선 내성 및 종양 미세환경 변화 기전 규명 ● 방사선 조사에 의한 종양 미세환경 변화의 단일세포 분석 : 방사선을 조사한 종양 미세환경 오가노이드를 단일 세포 유전체 분석을 시행하여 종양, CAF, 면역세포 각각에서 유의하게 변화하는 유전자를 확인 ● 방사선 조사에 의한 종양 미세환경 변화의 병리적 분석 : 방사선을 조사한 종양 미세환경 오가노이드를 병리 분석하여 나타나는 변화를 확인 ● 방사선 조사에 의한 종양 미세환경 변화와 연관된 주요 유전자 발굴 : 단일세포 분석과 병리 분석 결과를 종합하여 방사선 조사에 의한 종양 특성을 변화시키는 주요 후보 유전자 선정 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구를 통한 학문적 기대효과 ● 본 연구는 환자의 암 조직으로부터 분리된 암 연관 섬유아세포 및 면역세포와 췌장 선암종 조직에서 분리된 종양 오가노이드의 공 배양으로 만드는 세계 최초의 종양 미세환경이 반영되는 종양 오가노이드로 미세환경과 종양에 대한 이해를 한 단계 높일 수 있을 것임 ● 종양 미세환경이 암 세포 증식, 전이 및 항생제 내성 등에 미치는 영향을 직접 관찰할 수 있는 모델로서 미세환경을 구성하는 세포에 유전자 발현 조절, 약물처리 등으로 함으로써 분자기전 연구에도 기여할 수 있을 것임 ○ 본 연구를 통한 사회적 기대효과 ● 본 연구는 암 세포로만 구성된 종래의 종양 오가노이드를 넘어서 환자 고유의 특성을 잘 갖춘 종양 오가노이드를 제작하는 것으로, 더욱 정확한 암 진단 및 방사선 치료 개발에 기여할 수 있음 ● 유병률이 높지만 가장 치료하기 어려운 췌장암 극복 기술 개발을 위한 기틀을 마련함으로써 환자들의 경제적, 정신적 손실을 줄이는데 기여하고, 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임정호
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선 치료;방사선 종양학;종양 오가노이드;종양 미세환경;카프; 2. Radiation therapy;Radiation oncology;Tumor organoid;Tumor microenvironment;CAF;