□ 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;

□ 연구개요 최근 폐암을 비롯한 여러 암 발생과 진행에 있어 immune checkpoint가 중요하며 immune checkpoint inhibitor가 암 치료에 매우 효과적임이 밝혀지고 있음. 한편 성차가 있는 대장암에서는 immune checkpoint inhibitor의 효과에도 성차가 있을 것으로 추정됨. 이러한 배경에서 본 연구의 최종목표는 '대장암 발생과 진행에 있어서 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 상호관계를 규명하여 성차에 근거한 기전을 밝히고 이에 기반한 immune checkpoints inhibitor 효과를 극대화하는 방법 수립'하고자 함에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도: 염증성 대장암 유발 모델을 이용하여 androgen 및 estrogen이 대장암 발병 및 발생 위치에 미치는 영향 비교: 내인성 및 외인성 testosterone이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. 또한 대변 장내미생물 분석을 통해 testosterone 이 장내미생물총의 불균형을 초래하여 대장암 발생에 기여한다는 새로운 사실을 확인함. 2차년도: 대장암 성별 차이의 발생 기작으로 estrogen 또는 Nuclear factor erythroid 2 p45-related factor2 (Nrf2)의 immune checkpoints 발현에 미치는 영향: Male 대장암군에서 발생한 좌측대장 종양이 estrogen 처리에 의해 유의성 있게 감소했으며, 대장암군에서 증가한 PD-L1 발현 또는 감소한 ERβ 발현 역시 estrogen에 의해 감소 또는 증가했음. 이러한 PD-L1 발현 및 대장암 발생에 대한 estrogen의 항종양 효과는 야생형(WT)군 보다 Nrf2 결핍(KO)군에서 더 강하게 나타남. 특히 대장 tumor 및 non-tumor 조직에서 epithelial cell 보다는 암미세환경에 중요한 stromal cell과 mononuclear immune cell에서 PD-L1이 발현됨을 확인. 더 나아가 성별, 대장암, 에스트로겐, 나이 및 Nrf2 유전자에 의해 조절되고 동시에 이들에 영향을 주는 장내미생물을 규명함. 3차년도: 대장암 진행 및 전이에 있어 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 dual role에 대해 연구함: Estrogen은 DSS에 의한 대장염 발생 시기에 동시 복강주사해야 항종양 효과를 나타남을 확인하였고, 에스트로겐이 Nrf2 메틸화 수준을 저해함으로써 대장암 발생에 영향을 미칠 수 있음을 규명함. 이를 확실하게 밝하기 위해 MC38 대장암 세포주를 등에 주입한 male 대장암군과 비교하여 항-PD-L1 항체 및 estrogen 병용 투여시 MC38 female 수준으로 종양 성장이 저해되었고, 이는 Estrogen이 종양내 PD-L1 발현 및 종양 면역세포의 분포를 조절함으로써 대장암 저해에 관여함을 규명함. 또한 성별, 에스트로겐, 항-PD-L1 조절에 관여하는 장내미생물을 규명함. 4차년도: 인체 대장암 및 대장선종, 정상 조직에서 immune checkpoints 및 Nrf2 발현에 대해 알아보고 이의 성별 차이를 연구함: PD-L1 발현은 정상대조군보다 대장선종과 대장암군에서, 고식적 선종에 비해 톱니바퀴선종 조직에서 높게 발현하였음. 다변량 분석 결과, PD-L1 발현은 결합된 양성 점수(CPS) cutoff 가 1인 proximal CRC를 가진 남성과 반비례 관계, proximal CRC를 가진 여성은 dMMR/MSI-high 및 높은 EGFR 발현과 유의한 연관성을 보임을 확인함. 특히 COX-2, Nrf2, PD-1 mRNA 발현은 정상대조군보다 대장선종, 대장암군의 병변조직에서 유의하게 증가함을 확인. 건강대조군, 선종, 대장암 환자의 대변샘플 NGS 실험에서 락테이트와 뷰티레이트 생산 균주가 대장질환 예방에 기여할 수 있음을 규명함. 5차년도: 대장암 코호트에서 남녀별 Nrf2 및 immune checkpoints 발현이 대장암 병기 및 전이에 미치는 영향을 평가하고 immune checkpoints inhibitor 사용 유무에 따른 효과 연구: 대장암 진행에 따라 대장 병변조직 내 NRF2와 PD-L1의 발현증가를 확인하였고 이는 건강대조군 대장보다 높았음. 또한 NRF2 및 KEAP1의 메틸레이션 수준이 건강대조군보다 대장암 조직에서 낮음을 확인함. 또한 Ninjurin1 KO mouse AOM/DSS 대장암 모델에서 Ninjurin1과 남성호르몬 testosterone 이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 첫째, 과학적 연구 설계로 대장암 성별 차이의 중요성을 증명함. 대장암 연구에서 널리 사용되는 AOM/DSS 동물모델에 대한 성별 차이를 밝힘으로 향후 대장암 연구에서 성별 차이를 바탕으로 연구해야함을 매우 확실하고 과학적으로 밝힘. 둘째, 대장에서의 에스트로겐/Nrf2/면역관문 작용 기전에 대한 다양한 접근으로 성차의학의 이해를 도모. Nrf2의 역할을 에스트로겐 및 면역관문 억제제 anti-PD-L1과 관련해 재조명함으로써 대장암 치료에 있어 보다 안전하고 효율적인 맞춤요법 수립에 기여. 셋째, 대장암 예방 및 치료에 있어 프로바이오틱스의 효과적인 이용 가능성을 높임. 장내 미생물과 숙주의 상호작용을 성호르몬 및 대장암 치료제의 관점에서 접근하였고 probiotics를 통한 효과적인 대장암 예방 및 치료 전략수립의 근거를 제공. 넷째, 성차의학의 중요성에 대한 사회적 공감대의 형성에 기여. 성차의학의 발달은 성별 차이에 대한 지식을 보강하여 특정 성별에 검증되지 못한 부작용 가능성에 대한 관심을 유발함으로써 대장암은 물론 타 질환에서의 성차의학적 접근의 필요성에 대한 과학자들의 인식 형성에 기여함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김나영
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 대장염 및 대장암;AOM/DSS 마우스 모델;성별 차이;면역관문 PD-L1;코호트; 2. Colitis and colon cancer;AOM/DSS mouse model;Sex difference;Immune checkpoint PD-L1;Cohort;

□ 연구개요 • 지구 방사선대 형성과 진화에 관한 최근까지 학계를 주도하는 패러다임에 따르면 whistler mode chorus 파동이 electron 가속을 유발하고 그 결과 다량의 MeV electron을 생성하여 지구 방사선 벨트 형성을 주도하는 것으로 알려져 왔음. • 본 연구에서는 이러한 기존의 패러다임과 달리 방사선 벨트 형성에 대한 새로운 해석을 제안하고 검증하려는 것이 주요 목적 □ 연구 목표대비 연구결과 • 주요 목표: 자기권 꼬리 지역에서 magnetic reconnection이 발생하면 bubble type의 bursty plasma jet을 방출하고 이는 지구 쪽으로 향하는 bubble transport에 의해 수 keV ~ 수 MeV electron 입자들을 방사선 벨트 지역에 직접 공급하여 (즉, 일종의“bubble injection”형태를 통해) 방사선 벨트 전자 플럭스가 직접적으로 증가할 수 있음을 제안하고 이에 대한 종합적 검증을 수행 • 연구 결과: ▷ 지구 방사선대를 관통하는 쌍둥이 위성인 RBSP 관측을 이용하여 bubble injection에 의한 방사선 벨트 직접 형성에 대한 사건들 발견에 성공 ▷ 이러한 방사선 벨트 형성은 매우 빠르고 계단식의 전자 플럭스 증가 형태로 진행됨을 설명함. ▷ 특히, substorm 발생이 시리즈로 연달아 발생할 때 방사선 벨트의 계단식 증폭이 명확한 경우들을 발견하여 증거로 제시함. ▷ 그간 잘 알려진 여러 플라즈마 파동의 효과를 test particle 및 quasi-linear diffusion 시뮬레이션을 통해 정량적으로 평가하고 기여도를 제시함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 연구의 최종 결과는 향후 후속 연구 주제를 구성하고 석박사과정 대학원생 등 후학들의 관련 연구 주제로 이어가는데 활용 할 예정 • 지구 방사선 벨트뿐만 아니라 목성, 토성 방사선 벨트 연구에도 비슷한 관점에서 중대한 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상되어 행성 자기권 과학 분야의 후속 연구 주제로 활용 기대 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이대영
• 주관연구기관 : 충북대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 벨트;서브스톰;파동-입자 상호작용;지구 자기권;위성 현장 관측; 2. Radiation belt;Substorm;Wave-particle interaction;Earth’s magnetosphere;Satellite in-situ observations;

□ 연구개요 본 연구에서는 전도전자가 매개하는 간접교환 상호작용에 의해 복잡하고 다양하게 전자구조의 변화를 보이는 4f 전자 근간의 희토류 란탄-보라이드 강상관 자성전도체 시료에 대해 펄스 ¹¹B 핵자기공명을 측정하고 그중 특히 스핀-스핀 완화과정의 진동적 감쇠 과정을 정밀하게 분석하여, 전자스핀 간의 간접교환 상호작용의 변화를 미시적으로 규명하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 희토류 란탄-보라이드계 강상관 자성전도체중 GdB₄와 DyB₄, EuB₆ 및 YbAlB₄에 대하여 스펙트럼, 공명선 이동 및 선폭, 스핀-스핀 및 스핀-격자 완화과정 등 기본적인 핵자기공명 측정을 온도, 자기장 방향 및 주파수에 따라 측정하였고 흥미로운 결과를 축적하였다. 다음 단계로 스핀-스핀 완화과정을 시료의 결정축에 대한 자기장의 방향 및 온도에 따라 심층적으로 정밀하게 측정하였다. 상기 시료에 대해 액체헬륨을 흘려가며 4K 까지 온도, 자기장 방향 및 공명 주파수(측정 핵 자리)를 바꿔가며 광범위하게 스핀-스핀 완화과정의 진동을 측정하였고, 이것을 후리에 변환하여 정밀한 자료를 풍부하게 측정하였다. EuB₆에서 자기장 방향 및 공명 주파수에 따라 T₂ 진동의 진폭 및 주파수가 달라짐을 측정하였고, 강자성 상전이와 결부되어 T₂ 진동이 변화함도 관측하였다. GdB₄ 및 DyB₄에서는 4f의 자기모멘트에 의한 선폭 넓어지기가 대단히 심각하여 공명선을 분리해 내는 것이 매우 어려웠고, T₂ 진동의 진폭, 주기 및 감쇠를 정밀하게 측정하는 데 한계가 있었다. 이들의 T₂ 감쇠는 4f 전자스핀 때문에 EuB₆와 매우 다르게 측정되었다. YbAlB₄에서는 다른 시료들과 대비되는 또 다른 T₂ 진동을 측정하여 상당한 실험자료를 획득하였다. 이러한 차이는 4f 전자스핀 모멘트의 크기와 구조, 인접한 보론 핵 자리의 개수 등에 기인한다. 여러 시료의 측정결과를 비교하고 체계적으로 분석 중이며 이론계산을 수행하여 간접교환상호작용의 국소적 변화를 미시적으로 규명할 것이다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) T₂ 진동은 그동안 별로 보고되지 않았는바, 그 이유는 여러 조건이 충족되어야 하기 때문이다. 따라서 본연구에서 측정된 다양한 실험자료들은 전도전자에 의해 매개되는 4f 스핀 간의 간접상호작용에 대한 심층적인 정보를 제공할 것이고, 나아가 란탄-희토류 기반의 강상관 자성전도체에서 국소전자구조를 미시적으로 이해하는 데 크게 기여할 것이다. 이것이 본연구의 중요성이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이무희
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 희토류-보라이드 강상관계;11B 핵자기공명;스핀-스핀 완화과정 T2;T2의 진동적 감쇄;간접교환 상호작용; 2. Rare-earth Borides;11B NMR;Spin-spin relaxation T2;Slow-beat of T2 decay;Indirect exchange interaction;

□ 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 연구는 암의 재발과 전이에 영향을 미치는 암 줄기세포를 치료하고자, 암 줄기세포의 특성분석을 기반으로 신호전달 경로와 그에 따른 세포 형질전환 및 종양 악성화 기전을 밝히고자 함. 암 줄기세포를 제거하는 표적 항암제의 표적이 될 수 있는 표적단백질이면서, 암에서 일어나는 면역회피 혹은 면역저항의 특징을 억제시킬 수 있는 단백질을 찾아 암 치료의 효능을 높이고자 함. 면역세포들과의 분자세포학적 작용 기전을 규명하여, 다각적인 방법을 통하여 효과적으로 암을 치료 할 수 있는 기반을 제공하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 암 줄기세포 특성분석을 기반으로 특이적 과발현 유전자들을 선별하였으며, 선별된 유전자들에 의한 암의 악성화 조절기전을 밝혔음. 이 과정에서 선별된 유전자들은 여러 싸이토카인들과 관계가 있음을 확인하였고, 분비물질들에 의하여 면역세포의 활성화가 조절됨을 확인함. 선별된 특이적 과발현 유전자들은 BIRC5, CTNNAL1, KIF4A, MCM2, RanBP1, WDR34, MFG-E8, EMP3 임. 분비인자들의 경우, 각각의 과발현 유전자들과 묶어 BIRC5, KIF4A - PAI1, CTNNAL1, EMP3 - CCL2, MCM2, WDR34 - CXCL1, RanBP1 - IL18, MFG-E8 – IL8, 을 확인하였음. 각각의 특이적 과발현 유전자들의 발현 유무에 따른 T-세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 공동배양을 실시 하였으며, 그 결과 T-세포에 영향을 주는 유전자는 BIRC5, EMP3, MFG-E8 임을 확인하였음. 관련 내용으로 SCIE 논문 6편을 발표하였으며, 특허는 9개를 출원하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구개발을 통해 획득한 유전자들의 경우 새로운 치료 표적으로 충분한 가능성을 확인한 바, 다양한 형태의 신규 약물후보물질의 표적으로 사용 가능 함. 또한, 다양한 분비인자들 또한 신규 약물후보물질의 표적으로 사용 가능 함. 선별된 표적 중 면역세포의 활성화에 관여하는 표적물질들은 일반적인 표적치료제의 역할 뿐 아니라 면역치료제로 사용가능 할 것으로 판단되며, 추가적인 연구의 밑바탕이 될 것으로 판단됨. 획득한 유전자들의 경우 방사선 저항능력이 있는 악성암의 방사선민감도를 증진시켜 방사선조사시 세포사멸을 유도하였음. 이에, 신규 약물로 개발시 방사선민감제의 역할도 가능할 것으로 사료됨. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김래권
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 암줄기세포;신규표적;표적치료제;면역치료제;방사선민감제; 2. Cancer Stem Cells;New target;Targeted therapy;Immunotherapy drugs;Radiation sensitizer;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 자기음파 파동의 생성 및 전파를 이해하고, 이 파동이 방사선 대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량적으로 조사하는 것이다. 입자-파동 상호작용이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자의 양과 에너지를 결정한다는 것은 최근 종료된 NASA의 Van Allen Probe 미션으로부터 확실시되었다. 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 magnetosonic 파동 또한 입자 -파동 상호작용으로 이들에게 영향을 끼칠 수 있다고 알려져 있다. 그러나, 다른 파동들과 다르게 magnetosonic 파동의 본질에 대해서 더 깊은 연구가 필요하며, 이를 바탕으로 이 파동이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 particle-in-cell 코드를 이용하여, 현실적인 다차원 공간에서 이 파동을 구현하고, 이로부터 관측적 제한으로 얻기 힘든 파동의 특성을 유추하며, 구현된 파동 내에서 운동하는 고에너지 전자들의 궤적을 추적 함으로써 전자에 미치는 영향을 정량적으로 알아보고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 첫째, 관측적 사실들을 최대한 반영한 particle-in-cell 시뮬레이션을 수행하여 얻은 결과를 분석한 결과, 링 형태의 양성자 분포가 넓은 위도상에 분포함에도 불구하고, 관측에서 나타나는 것과 같이 발생한 자기음파의 세기가 자기 적도 근처에서 피크를 이루고 적도에서 벗어날수록 그 세기가 지수함수적으로 감소함을 보였다. 우리는 적도에서 벗어날수록 자기장 세기 변화에 기인해 파동이 자기 적도를 향하는 굴절(refraction)을 겪어 파동의 지속적 증폭이 방해받지만, 적도 근처에선 자기력선의 곡률 변화가 미약해 한 장소에서 상대적으로 오래 머물면서 연속적으로 증폭될 수 있음을 밝혔다. 둘째, 자기음파의 수직 방향 전파 특성을 고려한 양성자 산란을 결정짓는 확산계수 계산 방법을 제시하였다. 기존의 확산계수 계산 방법은 수식의 발산을 피하고자 수직 방향의 파워를 인위적으로 제한해 왔다. 우리는 준 수직 방향의 파동 성분만큼(또는 그보다 더 큰) 수직 방향이 파동 성분도 환전류대 양성자 산란에 기여함을 보여주었다. 셋째, 자기음파와 상호작용에 의한 양성자 산란이 기존 믿음과 다르게 낮은 에너지 영역에서는 비효율적임을 이론적으로, 관측적으로 보여주었다. 따라서, 우리는 기존에 제시된 자기음파-저온 양성자-EMIC 파동의 에너지 전달 과정의 첫 번째 연결 고리를 재고해야 함을 제시하였다. 넷째, 산소 이온 자기음파의 발생빈도와 특성을 처음으로 통계적으로 조사하였다. 우리는 이 파동의 공간적, 시간적 분포와 파동의 편극 특성을 통계적으로 보여주었고, Ion Bernstein 불안정성을 일으킬 수 있는 ring-like 분포함수가 동반되는 것을 확인하였으며, 이 파동에 의해 가열됐을 저온의 이온 분포함수의 특징도 발견하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 지구 방사선대의 고에너지 입자들은 인공위성에 작게는 single event upset과 위성 내부 대전, 크게 는 위성 통신두절 및 내부 시스템 손상 등을 유발하여 군사적, 사회적, 경제적 피해를 줄 수 있다. 따라서 방사선대 양의 정확한 예·경보는 인공위성에 줄 수 있는 피해를 미리 예방하는 데 중요하다. 자기권에서 입자-파동 상호작용이 고에너지 입자의 운동을 결정하는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이 연구에서 얻어진 향상된 자기음파의 물리적 이해가 정확한 방사선대 예측에 큰 역할을 할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민경국
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라스마 파동 및 불안정성;입자-파동 상호작용;수치 모델링;방사선대;자기권 자기음파; 2. Plasma waves and kinetic instability;Wave-particle interactions;Particle-in-cell simulation;Radiation belts;Magnetosonic waves;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김광섭
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 나노구조체;그래핀;태양 복사에너지;능동제어;전기차; 2. Nanostructure;Graphene;Solar Radiative Energy;Active Control;Electric Vehicle;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 구민희
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 삼중음성유방암;단세포 BioPhysical 분석;방사선치료 저항성;바이오마커 표적 나노프로브;방사선 감응성; 2. triple negative breast cancer;single cell clone biophysical analysis;radiation therapy resistance;biomarker-targeted nanoprobe;radiosensitivity;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 종자발달 돌연변이들을 이용하여 세포학적 분석 및 분자적 기작을 연구하고, 최종적으로 배유와 배 발달 시 관계를 규명한다. 또한, 주요 조절 유전자들을 동정하고, 유전자 편집 기술을 이용하여 종자 발달을 증가시킬 수 있는 방법을 연구한다. ◼ 전체 내용 배유의 세포 수는 종자 무게를 결정하는 주요한 요인으로, 초기 배유세포 발달 연구를 통해 이 기작을 잘 이해하는 것은 곡물의 생산성을 증가시키는데 매우 중요하다. 초기 배유 발달 연구를 위해, 본 과제의 선행 연구로 배유가 발달하지 않는 돌연변이 enl2-1을 선발하였고, 표현형의 원인이 되는 유전자인 OsCTPS1을 동정하였다. 돌연변이 관찰 시 CTP synthase(CTPS)가 RMS 형성 및 핵 이동에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. osctps1는 RMS 형성 및 핵 이동을 연구하기에 좋은 자료이며, 초기 배유 발달 시 이에 대한 조절 기작에 대한 연구를 진행할 예정이다. 또한, OsCTPS1-GFP 형질전환체를 제작하고 배유의 핵분열시기에 관찰했을 때, syncytium 단계에서 filamentous 구조를 형성하는 것을 관찰하였다. OsCTPS1의 발현은 배유 발달 시 일정하게 나타나는 데, 구조와 효소의 활성도를 조절하는 다른 단백질들이 있을 것으로 예상되어 이의 연구를 진행할 예정이다. 배유 발달이 저해된 돌연변이는 배가 크게 발달하는 표현형을 보인다. 이는 배유가 발달하며 배의 정상적 발달을 위한 억제인자가 존재할 가능성을 시사한다. 따라서 osctps1 변이체를 이용하여 배유발달 시 배 형성을 조절하는 인자를 분리하고자 한다. 배유와 배의 조절은 종자의 양과 질을 결정한다. 벼에서 배유의 부분을 줄이고 배(쌀눈)의 비율을 늘이면 고품질의 쌀이 된다. 반면, 배유의 세포가 증가하면 종자의 무게가 증가한다. 배유와 배의 관계를 연구하고 이를 이용하면 벼의 양과 질을 향상시키는 좋은 연구가 될 것이다. ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 ○ 벼의 초기 종자발달 조절 기작 규명 ○ 배유 발달 초기 핵분열과 핵 이동을 조절하는 분자 기작 규명 ❏ 연구 내용 ○ 배유 결핍 돌연변이체인 enl2-1 원인 유전자를 동정하기 위해 map-based cloning을 수행했으며, Os01g43020 유전자의 SNP로 인해 CTP synthase의 효소 활성도가 크게 감소하는 것을 알 수 있음 ○ OsCTPS1 단백질이 초기 종자발달 시 일시적 구조를 형성하며, 배유핵 분열시 중요한 RMS 형성에 중요하게 작용하는 것을 관찰함 ○ 초기 종자 발달시 배낭을 선별하여 전사체 분석을 수행하였으며, 배유가 없는 osctps1 돌연변이에서는 auxin response 관련 유전자들의 발현이 크게 감소한 것을 알 수 있음 ○ 또한, 초기 종자들의 전체 단백질체 분석을 수행하고, 배유핵 분열시 주요하게 작용하는 그룹들을 선발함 ○ OsCTPS1 단백질은 초기 종자발달 시 단백질의 축적이 많이 이루어지며, 이를 조절하는 인자를 규명하고자 protein-immunoprecipitation 단백질들의 분석을 수행하였고, 관심있는 후보 단백질들을 선발함 ○ 기존 벼에서 알려진 배-배유 발달시 중요한 유전자들의 marker를 이용하여 GFP를 발현시킨 형질전환체를 제작하였으며, 이를 추후 연구에 이용하고자 함. ○ 배유 발달 및 종자 발달에 관련된 중요한 유전자와 단백질의 기능과 상호작용을 연구 ○ Auxin의 역할과 상호작용이 종자 발달에 미치는 영향을 상세하게 조사하기 위한 초기 재료를 마련함. ○ GIANT EMBRYO 유전자 등 특이적 유전자의 발현 패턴을 보이는 마커들을 통해 벼의 초기종자발달을 연구하기 위한 형질전환체 준비 ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 ○ 배유가 배 발달을 조절하는 분자 기작 규명 ○ 벼의 초기 종자발달 연구로 종자의 양과 질을 증가시키는 방법 개발 ❏ 연구 내용 2단계 연구에서는 벼의 초기 종자발달과정에서 분자의 기작을 규명하고, 이를 적용할 수 있는 연구를 수행한다. Multi-omics 데이터를 활용하여 초기 종자 발달 시 옥신 반응 및 RNA helicase, MCM 등의 단백질에 대한 연구를 계획하고 있으며, PTM 분석을 통한 신호 전달 기작에 대한 연구도 수행할 예정이다. 또한, 배와 배유 사이의 발달 및 신호전달, 신호전달 인자, 그리고 CLE peptide와 auxin의 상호작용에 대한 연구를 수행할 계획이다. □ 연구성과 ◆ 정성적 연구 성과 ○ 초기 배유 발달에 주요한 OsCTPS1 유전자 동정 및 핵분열 시 분자적 가작 규명 ○ 종자발달 조절 유전자들을 이용하여 종자의 양과 질을 증가시키는 연구 ○ multi-omics 분석을 이용한 초기 종자 발달 단계 분자적 기작 연구 ○ 배, 배유사이 상호작용 관찰을 위한 마커 형질전환체 제작 ◆ 정량적 연구 성과 ○ 초기 종자발달 연구 - Plant Biotchnology Journal (2021) IF: 13.263 ○ 종자발달에 영향을 주는 영양생장발달 및 sucrose와 sink tissue 조절 과정 연구 - The Plant Journal (2022) IF 7.2 - Frontiers in Plant Science (2023) IF 5.6 ○ 초기 종자발달 및 초기 유수 발달과정에서 전사체, 단백질체 분석을 통한 분자적 기작 연구 - Plant Cell and Environment (2023) IF 7.3 - Plants(Basel) (2023) IF 4.5 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 ○ 이 연구의 결과는 벼의 초기 종자발달에 대한 깊은 이해를 제공함으로써 농업 및 식량생산 분야에 다양한 기여를 할 것으로 기대된다. ○ 최근 도입된 유전자 편집 기술을 적용하여 원하는 부위의 정확한 교정으로 원하는 형질을 이끌어 내 고품질의 쌀을 개발하는데 이용할 수 있다. ○ 종자발달 관련 유전자들을 동정하고, 이에대한 분자적 기작을 연구하면, 기존에 벼에서 알려진 natural variation과 수많은 품종들의 분석으로 만들어진 GWAS data와 접목하여 천립중 및 종자의 양과 질을 향상시키는 연구에 활용될 수 있으며, 다양한 작물에 대한 효과적인 품종화 전략으로 이용될 수 있다. ○ 초기 종자발달시 다양한 multi-omics 분석을 통해 얻는 다양한 기초자료는 초기 종자발달 연구 분야에 유용한 자료로 활용될 것으며, 이를 통해 추가적인 연구 및 응용이 가능한 기반을 마련하게 될 것이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 윤진미
• 주관연구기관 : 인하대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 종자발달;배유;배;핵분열;천립중; 2. seed;endosperm;embryo;nuclear division;1000-grain weigth;