Identifying molecular mechanisms how the orphan nuclear receptor SHP-UGDH axis regulates glycogen and bilirubin metabolism in liver

• 연구책임자 : ◻ 연구개요 ○ 고아 핵수용체 small heterodimer partner (SHP/NR0B2)는 답즙산 대사 (bile acid metabolism)를 비롯한 다양한 대사 경로에 전사 억제자로써 중요한 역할을 담당하고 있음. ○ 하지만, 지금까지 SHP에 의한 간조직의 글리코겐 (glycogen) 및 약물 대사 (drug metabolism), 특히 빌리루빈 (bilirubin) 대사와 관련된 조절 기전 연구는 매우 미비함. ○ 본 연구진은 미발표된 선행 연구를 바탕으로, “Shp^-/- mice 간조직은 매우 많은 양의 글리코겐이 축적되며, 이는 UDP-glucose dehydrogenase (UGDH)를 encoding하고 있는 Ugdh 유전자의 발현량 감소와 관련되어 있다”는 가설을 세움. 이를 검증하기 위해, heterozygous Ugdh^+/- mice를 제작 및 확보 완료하였음 (homozygous Ugdh^-/- mice는 embryonic lethality를 보임으로써 성체에서 연구 불가함!). ○ 따라서, 본 연구과제는 핵수용체 SHP-UGDH axis에 의한 간조직의 글리코겐 및 빌리루빈 대사와 관련된 조절 기전을 이해하고, 이를 바탕으로 한 새로운 신호 전달 체계를 확립하고자 함. ◻ 연구 목표대비 연구결과 ○ fed/fasting mouse liver tissue에서 전사체(transcriptome) 분석으로 glycogen accumulation의 후보 타겟 유전자로서의 Ugdh의 발굴 ▶ Volcano plot과 Volume plot에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있는 유전자들을 분석한 결과, 본 연구진을 Ugdh 유전자 발현이 Shp^-/- 간세포에서 감소되어 있음을 확인하였음. ▶ Ugdh는 UDP-glucose dehydrogenase (UGDH) 단백질을 암호화하는 유전자로써, UGDH는 UDP-glucose를 UDP-glucuronate를 바꾸는 효소이고, 이는 우론산 경로 (Uronic acid pathway)의 key enzyme임. ▶Shp^-/- 간세포는 glycolysis 및 TCA cycle의 저해가 있어나 glucose 소비를 잘 하지 못함. 남는 glucose는 UDP-glucose로 변환되는데 이때, Shp^-/- 간세포는 Ugdh의 발현양이 감소하여 UDP-glucose를 UDP-glucuronate로 잘 변화시키지 못함. 이에 따라 축적된 UDP-glucose는 glycogen synthase (GS)에 의해 glycogen 합성을 증가 시킬 수 있음. ▶ RNA-seq analysis의 Volcano plot과 Volume plot에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있는 유전자들을 분석한 결과, 본 연구진을 Ugdh 유전자 발현이 Shp^-/- 간세포에서 감소되어 있음을 확인하였음. 이와 함께 핵수용체인 Rev-erbα가 유의미하게 변화한다는 것을 확인함. ▶ Rev-erbα는 최근 연구에서 Circadian rhythm조절 뿐만 아니라 metabolism관련 유전자 조절에도 관여한다는 것이 밝혀짐. 따라서 SHP 전사체분석에서 유의미하게 변한 Rev-erbα가 DNA-binding site가 없는 SHP과 상호작용하여 타겟유전자 조절에 관여할 가능성이 높음. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구과제는 주로 전사억제자 (transcriptional corepressor)로서 작용 하는 SHP이 어떠한 전사기전을 통해 영양분 인식, 오타퍼지 및 에너지 대사를 조절할 수 있는지를 밝힘으로써, 대사증후군 (metabolic syndrome)의 예방 및 치료와 관련된 전략을 수립하는 원리증명 (proof-of-principle) 제공에 기여하고자 함. ○ 또한, tumor suppressor gene으로서 핵수용체 SHP에 대한 이와 같은 연구결과는 간암의 발병기전 및 간암대사 (liver cancer metabolism) 연구에 중요한 기초 지식을 제공할 수 있을 것으로 기대함. ○ 더 나아가 현대인에게 만연된 각종 대사질환 및 간암 치료에 적용할 수도 있는 핵수용체 SHP의 endogenous 또는 synthetic ligand 발굴 필요성을 제시할 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20240300
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A New Comprehensive Study of Solar Atmospheric Heating with Focus on the Dynamic Formation and Associated Heating of Magnetic Flux Loops Emerging from the Solar Interior

• 연구책임자 : □ 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)
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20240300
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Behavioral Analysis on the Acceptability of Nuclear Power Plant Closure Policy: Focusing on Behavioral Economics Approach

• 연구책임자 : Ⅰ. 연구 목적 및 방법 1. 당초 연구의 목적, 필요성 및 연구목표 1) 연구 필요성과 목적 기후·환경 분야에서는 그간 기후위기 심각성에 대한 홍보나 제도, 규제, 인센티브 등을 통해 추진 정책을 시민 친화적으로 다루려는 실무적인 노력이 지속되었음에도 실제 개인의 기후 행동과의 연계성은 부족했다. 탄소중립 정책, 미세먼지 관리 종합대책, 일회용품 사용 규제 등 기후·환경정책은 국민의 삶과 매우 밀접한 연관이 있기 때문에 국민의 동의와 참여 없이는 목표했던 정책 효과와 성과를 거두는 데 한계가 있다. 동시에 다양하고 복잡한 요인에 의해 발생하는 기후·환경문제를 예측하거나 해결하는 것은 매우 어렵기 때문에 정부의 일방적이고 직접적인 정책 추진보다는 범국민적인 인식변화와 행동 변화를 유도하는 공공정책 중요성이 커지고 있다. 이처럼 정책 시행과정에서 국민의 동참을 이끌어내고, 수용성을 높이기 위해서는 국민 개개인이 인간으로서 갖는 특성과 행동 변화에 관한 심리적 요인에 대한 이해가 선행되어야 한다. 전통 경제학에서 가정하는 ‘합리적인 인간’은 안정적이고 정합성 있는 선호체계를 바탕으로 자신의 효용을 극대화하는 선택을 한다. 하지만 현실에서의 인간은 선호가 뒤바뀌기도 하고, 완벽한 정보를 바탕으로 합리적인 결정만을 내리지 않는다. 이에 행동경제학은 인간 행동과 동기를 연구하는데 유용한 접근방법으로 평가받고 있으며, 다양한 분야에서 활용되고 있다(황재홍, 2019). 이미 미국이나 영국 등 해외에서는 공공정책에 행동경제학을 활용하기 위한 행정명령을 발표하거나 정책연구 조직을 운영하고 있으며, 관련 연구가 활발하게 이루어지고 있다(안기정 외, 2018). 그러나 국내에서는 정책을 수립하거나 결정하는 과정에서 행동경제학적 측면에서 심도 있는 논의가 이루어지지 않고 있으며, 일부 정책 보고서에서 해외 연구내용을 그대로 인용하여 분석에 사용하고 있으나 사회문화적 차이로 인해 해외 연구를 바로 적용하는 경우 많은 오류와 한계가 발생하게 된다. (출처 : 본문Ⅰ. 연구 목적 및 방법 2p)
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240800
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Machine learning-based early outcome prediction of definitive radiotherapy for malignant solid tumors and patient-specific precison radiotherapy

• 연구책임자 : □ 연구개요 근치적(Definitive) 방사선치료(Radiation therapy, RT)를 받는 악성 고형암 환자에서 머신러닝 기반의 조기 치료반응 예측 시스템을 구축하고 이를 방사선민감성(Radiosensitivity)에 따른 보정 방사선치료계획(Adaptive RT planning)에 이용하여 치료지수(Therapeutic index)를 높이는 정밀 방사선치료 구현을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 머신러닝 기반 보정 방사선치료 연구를 위한 데이터베이스 및 연구플랫폼 구축 • 연구개시와 함께 토론토의대 연구진과 협력하여 인공지능 연구 클러스터를 벤치 마킹하여 데이터베이스를 구축하였음. 데이터 관리를 위해 전문업체와 협업중임 • 방사선치료 관련 영상 데이터베이스를 활용하여 카이스트, 연세암병원 등과 공동 연구를 진행 중이며 현재 추진중인 다국적 공동연구에 활용 예정임 2) 라디오믹스(Radiomics)를 활용한 조기 치료반응 예측 시스템 구축 및 임상적용 • 식도암 환자대상 texture analysis 연구결과 논문 게재 및 관련 특허 출원 • 자궁경부암 환자 MRI 데이터 분석하여 예후 예측 관련 논문 게재 • 비인두암 환자 방사선치료 정도관리(QA)에 따른 재발률 분석 및 논문 게재 • Distributed learning 기법을 통한 인공지능 모델의 효율성 향상기법 개발하여 논문 submission 하여 리뷰 중 • 원격전이/국소재발 관련 인자 예측 위한 라디오믹스 모델 개발중임 3) 자동 윤곽형성(Auto-segmentation, auto-contouring) 시스템 개발 및 임상 적용 • 기존 딥러닝 모델 중 best 모델 선정하여 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 clinical acceptability 논문 submission 하여 리뷰중 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 유효성 평가 시 바이어스 발생에 대한 논문 작성 중 • 연합학습(federated learning)을 통한 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발을 주제로 다국적 연구 추진중 • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 자동윤곽형성에 적용, 후속연구 진행 중 4) 조기 치료반응 예측 및 방사선민감성 유도 보정방사선치료 연구 • 2021년 8월 MR-LINAC 치료 시작하여 2년간 700명 환자 데이터 수집함 • 전립선암 환자의 MR 영상유도 데이터 분석 및 논문 게재 • 간암 대상 전향적 연구 통해 MR 영상데이터 수집 중. 후향적 연구결과 학회보고 • 뇌종양의 MR 영상유도 치료 관련 초기 데이터를 분석, 논문 submission 중 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 본 연구를 통해 개발한 데이터베이스는 방사선치료 관련 (진단용, 방사선치료 설계용, 치료 후 반응평가용) 영상 데이터와 함께 환자의 임상 데이터를 포함하고 있어 다양한 연구에 활용이 가능함. • 환자자료, 조직검사 결과 등을 토대로 근치적 치료 후 치료결과와 예후를 미리 예측하려는 노력은 계속 시도되고 있으며 영상자료를 통한 라디오믹스 연구는 치료 전, 치료 중, 치료 후 영상을 활용할 수 있고 기존 예후인자에 추가하여 분석할 수 있어 데이터의 양과 질을 높이는게 기여할 수 있음 • 방사선치료 설계와 치료전달에 있어 자동 윤곽형성 모델은 치료시간 단축과 variability를 줄이는 효과가 있음. 본 연구를 통해 개발된 자동 윤곽형성 모델은 다국적 후속연구를 통해 외부검증과 임상적용 예정임. • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 구역 자동윤곽형성에 적용하여 새로운 application과 모델을 개발하였음 • 기존의 인공지능 기반 모델은 개발과 검증 단계에서 종료되는 경우가 대부분이었으나 본 연구는 인공지능 모델을 개발하여 임상에 적용하는 연구로 실제 환자 치료에 있어 인공지능 모델의 효율성을 확인하는데 적합한 연구임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
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Identification of novel energy-metabolizing transducers, targets and network dysregulated by excess free fatty acids

• 연구책임자 : □ 연구개요 본 연구는 과잉 지방산이 유발하는 transducers 신호 네트워크의 교란을 연구하고, 이를 통하여 대사성 질환을 극복케 하는 신규 치료 타겟을 발굴하고자 하였음. 1) 간질환 상황 (알코올성/비알코올성 지방간 질환, cirrhosis, HCC) 에서 핵수용체에 의한 간세포 및 간성상세포의 기능변화, 2) 대사성 질환에서 post-transcriptional 조절 인자인 USP를 발굴하고 타겟을 규명하며 기능을 탐구하고자 하였음. 또한 염증성 장질환 모델을 구축하고 GPX4 변화를 확인하여 관련 기전을 연구함. 3) 세포 표면 신호(GPCR)를 매개하는 독성 소포체 스트레스와 간세포사멸에 영향을 주는 Gα12 네트워크 역할을 조명함. 궁극적으로 본 연구에서는 대사 질환 제어를 위한 새로운 과학지식을 확보를 목표로 진행하였으며 향후 도출 타겟과 정보를 활용하여 질환 치료에 창의적으로 통합 응용하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 2단계 연구를 토대로, 3단계에서는 환자 시료 및 유전자 변형동물을 활용한 RNA-seq, metabolomics 등 고도화 연구를 통하여 IBD 병리기전을 간질환 진행과 연관하여 규명하고자 하였음. 3단계 연구에서는 transcriptional (핵수용체) 및 post-transcriptional (USP 단백질) 조절 측면에서 지방간 질환(철대사 및 답즙생리의 변화 주목)을 연구하고, 간 대사질환과 염증성 장질환 간의 연관 가능성을 탐구함으로써 지질대사교란에 의한 IBD의 발병 및 악화 여부를 검토하는 확장연구를 시행하고자 목표를 설정함. - 3단계에서는 1-3년차에 걸쳐, 2단계에서 확립한 대사 질환모델을 활용하여 생체 내과잉 지방산의 인식 및 처리의 개념을 바탕으로 연구수행 (간세포 및 간성상세포의 핵수용체, 세포내 기능 단백질, 및 세포표면 신호의 세가지 측면에서 연구). 생체 내 항상성 유지에 필수적인 자가탐식작용과 미토콘드리아 활성, 소포체 스트레스의 측면을 탐구하여, 도출 신호 네트워크를 간의 항상성 유지 및 간손상/간성상세포의 섬유화 현상과 연결함. - 본 연구진은 간과 장 등의 장기에서 새롭고 의미있는 결과를 도출하여 국제 저명 학술지에 연구결과를 게재하였음. 본 연구에서 창출되는 새로운 조절 분자의 발굴, 신호 회로의 탐색, 세포, 동물, 인체 시료 분석을 통합한 결과는 에너지 항상성과 관련된 국내 기초 및 translation 연구의 기반을 공고히 하고 질환 치료제 개발을 위한 기초 지식으로써 활용될 것이라 기대함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 연구는 과잉 지방산이 유발하는 transducers 신호 네트워크의 교란에 대한 연구로서 연구 성과를 세포내 신호 네트워크의 구축을 위한 기반으로 활용할 수 있으므로 기초 학문적 가치가 매우 높은 것으로 평가함. 본 연구에서 확립하는 연구성과들은 궁극적으로 국내외 대사 연구의 기반을 공고히 함은 물론이고, 국가 과학경쟁력을 전반적으로 향상시키는데 이바지할 것으로 기대함. high impact 국제저명학술지에 연구결과를 게재하여 기초학문의 발전을 도모함으로써 국내 과학기술 수준의 향상에도 공헌할 계획임. - 본 연구 방법을 기반으로 과잉 지방산에 의해 유발되는 transducer 신호 네트워크 연구의 in vivo 기반 연구 시스템을 확립하고 이를 in vivo 와 in vitro 연구로 접목 활용하는 기틀을 마련할 수 있음. 이는 결국 인접 학문과의 협력 연구 비용의 절감 및 신속 정확한 연구 기반 확립에 일조함. - 신규 분자의 발굴과 활성 기전을 규명함으로써 응용 연구에 활용될 수 있는 치료 타겟을 제공하고, 이에 연계되어 발전할 수 있는 개념은 기초 및 응용에 전반적으로 활용이 가능함. 질환의 원인이 되는 과잉 지방산에 의한 염증, 세포 사멸과 간 질환의 발병 및 진행에 대한 상호 연관성을 새롭게 규명하는 것은 대사질환에 응용될 새로운 물질 발굴을 가능케 할 뿐 아니라, 이러한 대사 질환들에 대한 의학적 방법론의 개발에도 응용될 수 있다는 점에서 파급 효과가 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20240300
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Study of anti-inflammatory effect and mechanism by low dose radiation and protocol development for the clinical trial

• 연구책임자 : □ 연구개요 본 연구는 저선량 방사선조사가 항염증효과를 나타내는 기전을 규명하고 임상연구 프로토콜을 개발하는 연구로 총 3년으로 계획되었음. 1차년도에는 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물 모델 탐색 및 구축하고자함. 2차년도는 저선량 방사선조사의 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색하고자함. 3차년도에는 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발하고자함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도: 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물모델 탐색 및 구축 - LPS의 기도삽관 및 기도절개 주입 방법 비교 예비실험을 통해 ALI 마우스 모델을 구축하고 저선량 방사선조사에 따른 항염증 억제 효과 확인을 위해 생존률 조사 및 폐렴 형성과 완화 과정을 CT로 실시간 측정하고 폐조직 분리 후 H&E 분석을 통해 염증 반응 양상을 확인하였음. 2) 2차년도: 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색 - LPS와 Bleomycin 염증 유도 효과를 비교하고 기도삽관 및 기도절개 주입법 차이를 비교하여 최종적으로 빛을 이용한 기도삽관으로 마우스 모델을 고도화하였음. - 0.5 Gy와 1 Gy 저선량 방사선조사의 염증 억제 효과 및 LPS 주입 후 24, 48, 96시간을 비교하여 방사선 조사조건의 변화에 따른 폐염증반응을 평가하였음. - 폐조직에서 싱글셀 준비 테스트로 BALF에서 세포수 및 세포생존율을 비교하고 면역세포 분포와 사이토카인 수치를 확인하였음. 3) 3차년도: 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발 - 폐조직에 대한 싱글셀데이터 생산 및 분석을 수행하였음. - 싱글셀 전사체 데이터 분석 결과를 기반으로 저선량 방사선에 의한 면역세포의 세포 단위별 영향과 기전을 확인하였음. - 전임상 데이터를 기반으로 임상 연구 프로토콜 작성하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기술적 측면: COVID-19의 전세계적 유행에 따라 저선량 방사선이 ARDS/ALI에 있어 임상적 효용성이 있을 수 있다는 조기 임상 결과가 발표되고 있지만, 이러한 항염증효과의 기전에 대해서는 아직 정확히 모름. 이는 중개연구로서 임상 -> 기초기전 연구의 필요성을 제기하였고, 본연구를 통한 기초자료는 다양한 염증성 질환으로 확대될 수 있음. 2) 경제적 측면: ALI/ARDS 관리를 위한 인한 중환자실 입원 기간의 감소 그리고 이로 인한 사망률 감소는 환자 및 병원 모두에 부과되는 경제적 부담을 줄여, 장기적으로는 국민 전체 중증 의료비 감소로 이어질 수 있음. 3) 임상적 측면: 치사율이 높은 ALI/ARDS의 치료 효과가 검증될 경우 이는 기존 ALI/ARDS의 관리법에 있어 중요한 발전이 될 수 있음. 또한 저선량 방사선치료의 항염증효과의 기전이 규명되면, 이를 활용하여 그 외 다른 염증성 질환, 예를 들어 염증성장질환의 급성 악화, 자가면역질환의 급성 악화, 골관절염의 급성 악화 등 다양한 형태의 항염증 효과에 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202400007307

Development of short wavelength sources and investigation of nano-plasmas

• 연구책임자 : □ 연구개요 펨토초 레이저의 고차조화파 발생을 통해 초고속-고선속 극자외선 광원을 개발하고, x-선 자유전자레이저, 초강력 펨토초 레이저 등과 함께 활용하여 다양한 조건의 나노플라즈마 생성 및 진단기법을 개발하였다. 이를 통해 나노플라즈마에서 발현되는 양자현상 및 비평형 상태의 물성을 나노미터–펨토초 수준에서 측정, 이해하고 나노플라즈마를 이용한 응용기술을 개발하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 초고속 XUV 광원 개발 및 나노플라즈마 연구 응용 - XUV 분광기 개발 / 고차조화파 발생용 챔버 제작 - 펨토초 XUV (50~100 eV)발생, 펨토초 펌프- XUV 프로브 빔라인 구축 - 2색 레이저 시스템을 이용한 모든 정수차수 고차조화파를 포함한 XUV 발생 - 축퇴 알루미늄 플라즈마에 대한 XUV 펌프-프로브 시연 - WDAl의 극자외선 불투명도 측정 연구 - WDAl의 초고속 비평형 전자 동역학 연구 - 금 나노플라즈마의 초고속 광학적 성질 변화 측정 - Chirped pulse 활용 주파수 영역 간섭계 개발 - 나노플라즈마의 불투명도 계산 연구 ■ X-선 자유전자 레이저 및 초강력 레이저 활용한 나노플라즈마 연구 - 비평형 Warm Dense Cu에 대한 fs-XAS 측정 - 귀금속의 녹는 순간의 비평형 전자 동역학 규명 - WDM의 전자-포논 결합도 측정연구 - 금의 melting 과정에 대한 시분해 Grazing Incident SAXS (GISAXS) 측정 연구 - 레이저-플라즈마 활용 200~1000 eV 영역의 연 X-선 광원 발생 및 펌프-프로브 셋업의 개발 및 시연 - Warm dense C 나노박막의 펨토초 레이저 melting 현상에 대한 x-선 흡수 분광 진단 - 고에너지밀도 탄소 및 Warm Dense Diamond의 결합구조 변화 측정 - 고출력 레이저 나노플라즈마 생성 및 Kα 방출분광 진단 연구 - Si 나노와이어 플라즈마 생성 및 Double core-hole Ka 분광 측정 - 실리콘 플라즈마 내 hollow atom 생성 - 나노 슬랩 플라즈마의 Coherent Transition Radiation(CTR) 측정 및 상대론적 전자 펄스의 에너지 수송 기작 규명 - 고에너지밀도 플라즈마의 불투명도 계산연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구성과는 플라즈마 시스템에 대하여 새로운 연구도구인 XUV와 XFEL의 적용을 통해 플라즈마 과학의 발전과 나노플라즈마 시스템에 대한 측정기술의 정확성 향상을 이루었다. 특히 축퇴플라즈마의 초고속 물리량 측정기법, XFEL-나노플라즈마 상호작용에 대한 연구는 기술 혁신과 학문 간 융합기술의 발전에 기여하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202400007333

Study on the Evolution and function of rice serotonin N-acetyltransferase

• 연구책임자 : □ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 세로토닌-N-아세틸전이효소 (SNAT)는 멜라토닌 생합성의 직전 단계(penultimate) 효소로 멜라토닌 생합성의 rate-limiting enzyme으로 작용한다. 벼에서 SNAT 유전자는 두 개의 isogene으로 존재하지만, 벼 SNAT isogene의 분화 기원 연구는 전혀 없는 상태이다. 벼 SNAT 유전자의 phylogenetic tree 분석을 수행한 결과, 벼 SNAT ortholog 유전자가 동·식물 세포의 공통 기원세포로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas의 genome에 존재하였고, 동시에 동물 SNAT ortholog 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. 또한, 다세포식물의 기원 종으로 알려진 Gonium sp. genome에는 벼 SNAT homolog 유전자 SNAT1과 SNAT2 유전자만 존재하는 것으로 나타났다. 따라서 벼 SNAT isogene 유전자의 분화가 단세포에서 다세포로 분화되는 시점에서 분화된 것임을 추정할 수 있었으나, 이 가능성은 이들 SNAT 유전자들의 기능이 검증되지 않는 상태에서는 단정할 수 없는 상태이다. 본 연구는 Chlamydomonas에 존재하는 동물 SNAT homolog, 식물 SNAT homolog, 및 Gonium sp. 에 존재하는 두 종의 벼 SNAT 유전자를 in vitro에서 발현시켜 SNAT 효소 특성을 분석하고, 벼에 형질전환하여, 형질전환 벼에서 멜라토닌 생합성 능력과 생리생태적 특성을 검정하여 벼 SNAT1 & SNAT2 유전자의 기능과 비교 분석하려고 함으로서, 식물에서 멜라토닌 생합성 SNAT 유전자의 추가적인 isogene 획득 및 분화기원 경로를 규명하고자 한다. ◼ 전체 내용 1) Chamydomonas와 Gonium sp.로부터 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 클로닝 및 효소특성 분석 -단세포 녹조류 Chlamydomonas로부터 plant SNAT 유전자(CrSNAT2)와 animal SNAT 유전자(CrAANAT) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 & SNAT 효소 기질특이성 분석 -다세포 녹조류 Gonium sp.로부터 SNAT1 유전자 (GpSNAT1)와 SNAT2 유전자 (GpSNAT2) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 & SNAT 효소 기질특이성 분석 2) 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -CrSNAT2, CrAANAT, SNAT1, GpSNAT2 바이너리벡터 클로닝 및 벼 형질전환 -CrSNAT2, CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T₁ 형질전환 벼 육성 및 유전자 발현 확인 -T₁ 및 T₂ 형질전환 벼에서 transgene copy 분석 및 유묘 특성 분석 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T₂ 형질전환 벼 screening 및 유전자 발현 확인 3) SNAT ortholog 유전자 발현과 멜라토닌 생합성 연계성 규명 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 단백질의 세포 내 위치 분석을 위한 confocal analysis -SNAT ortholog 단백질의 과다발현 형질전환 벼에서 SNAT 효소의 멜라토닌 합성 능력 확인 -4종의 T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 전구체 HPLC 분석 (트립토판, 트립타민, 세로토닌, 아세틸세로토닌, 및 멜라토닌) -4종의 T₂ 형질전환벼에서 멜라토닌 대사체 분석 (2-hydroxymelatonin, 3-hydroxymelatonin, AFMK, 및 AMK) 4) 4종의 SNAT 발현 T₂ 형질전환 벼의 스트레스 저항성 분석 및 수량 특성 등 생리·생태적 특성 연구 및 유전자 기능 규명 ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 벼 SNAT1 유전자의 phylogenetic tree 분석을 수행한 결과, 벼 SNAT1 ortholog 유전자가 동·식물 세포의 공통 기원세포로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas의 genome에 존재하고 동시에 동물 SNAT ortholog 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. Chlamydomonas 와는 다르게 다세포식물의 기원 종으로 알려진 Gonium sp. genome에는 벼 SNAT homolog 유전자 SNAT1과 SNAT2 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. 본 연구는 Chlamydomonas에 존재하는 동물 SNAT homolog 유전자, 벼(식물) SNAT homolog 유전자, 및 Gonium sp. 에 존재하는 두종의 벼 SNAT isogene 유전자를 클로닝 하여, 대장균에 발현하고, 정제하여 SNAT 효소 특성을 비교 분석하며, 벼에 형질전환하여, 형질전환 벼에서 멜라토닌 생합성 능력 검증하여 cyanobacteria에서 녹조류(단세포에서 다세포로)로 진화하는 과정에서 멜라토닌 생합성 SNAT유전자의 추가적인 isogene 획득 및 분화기원 경로를 규명하고자 한다. ❏ 연구 내용 1) Chamydomonas와 Gonium sp.로부터 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 클로닝 및 효소 특성 분석 -단세포 녹조류 Chlamydomonas로부터 plant SNAT 유전자 (CrNAT2)와 animal SNAT 유전자 (animal CrAANAT) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 및 SNAT 효소 기질특이성 분석 -다세포 녹조류 Gonium sp.로부터 SNAT1 유전자 (GpSNAT1)과 SNAT2 유전자 (GpSNAT2) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 및 SNAT 효소 기질특이성 분석 2) 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, GpSNAT2 바이너리벡터 클로닝 및 벼 형질전환 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 단백질의 세포내 위치 분석을 위한 confocal analysis -T₁ 형질전환 벼에서 transgene copy 분석 및 유묘 특성 분석 -T₂ 형질전환 벼에서 homozygous 분석 및 유묘 특성 분석 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T2 형질전환 벼 screening 및 유전자 발현 확인 3) SNAT ortholog 유전자 발현과 멜라토닌 생합성 연계성 규명 -SNAT ortholog 단백질의 과다발현 형질전환 벼에서 SNAT 효소의 멜라토닌합성 능력 확인 -T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 전구체 HPLC 분석(트립토판, 트립타민, 세로토닌, 아세틸세로토닌, 및 멜라토닌) -T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 대사체 분석 (2-하이드록시멜라토닌, 3-하이드록시멜라토닌, AFMK, 및 AMK) ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 멜라토닌을 합성에 관여하는 SNAT는 분화과정을 거치는 과정에서 매우 잘 보존되어 있으며 멜라토닌합성에 매우 중요한 효소이다. 식물에서 멜라토닌은 생물적, 비생물적 스트레스에 대한 방어기작에 관여할 뿐만 아니라 뿌리 생장, 개화, 2차 대사산물에 관여하는 것으로 알려져 있다. 벼에서 SNAT1과 SNAT2 유전자는 모두 멜라토닌 합성능력을 가지고 있지만 두 유전자의 기능은 공통 표현형인 성장억제를 제외하면 유전자의 발현 시기, 발현 위치, 스트레스에 대한 반응성, 호르몬 연관성 등에서 차이를 보여주고 있다. 2단계 연구는 1단계에서 확보한 4종 SNAT 발현 형질전환 벼의 내재 멜라토닌 증가로 인한 스트레스 반응성 검정 및 생리·생태적 특징을 비교하고 동시에 전사체분석을 이용하여 4종의 SNAT 유전자 과발현에 의한 유전자군의 변화를 확인하여, 기존에 보고된 SNAT 과발현 식물의 전사체분석 결과와 비교 분석하여 4종 SNAT 유전자들의 분화와 진화 관계를 규명하고자 한다. ❏ 연구 내용 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 및 생리·생태적 특성 검정 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼 radical scavenging activity 분석 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼의 전사체분석과 그 결과를 활용한 멜라토닌 신호전달 후보 유전자 발굴 및 멜라토닌 반응성 연관성 조사 -스트레스 조건에서 SNAT 유전자의 발현 및 단백질 조절기작 조사 -GpSNAT1 및 GpSNAT2 과발현 형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 및 생리·생태적 특성 검정 -GpSNAT1 및 GpSNAT2 과발현 형질전환 벼의 radical scavenging activity 분석 -GpSNAT 과발현 형질전환 벼의 전사체분석과 그 결과를 활용한 멜라토닌 신호전달 후보유전자 발굴 및 멜라토닌 반응 연관성 조사 □ 연구성과 - Chlamydomonas의 SNAT ortholog 유전자 (CrSNAT2, CrAANAT) 및 Gonium sp.의 SNAT 유전자 (GpSNAT1, GpSNAT2)의 효소기질특이성을 분석한 결과 기질인 세로토닌에 대한 Km은 CrSNAT2, CrAANAT alc GpSNAT1 각각 358 μM, 247 μM, 442μM이고, Vmax는 185 pmol/min mg protein, 325 pmol/min mg protein, 937 pmol/min mg protein GpSNAT2는 효소활성이 매우 낮아 측정이 불가하였음. -단세포 및 다세포 녹조류 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -CrAANAT 및 CrSNAT2 단백질이 세포질 내에 localization 됨을 확인 -기질인 5- methoxytrptamine (5-MT)을 처리하여 멜라토닌 합성능력을 확인한 결과 CrAANAT, CrSNAT2, GpSNAT1 과다발현 형질전환 벼에서 각각 39.8%, 19.1%, 12.5 % 멜라토닌 양이 증가하는 것을 확인 -CrAANAT 과다발현 형질전환 벼의 종자크기가 증가된 것을 확인함 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 식물에서 멜라토닌 생합성의 핵심유전자인 벼 SNAT 유전자는 cyanobacteria에서 발견되며, 이후 내공생과정 (endosymbiosis)을 통해 홍조류의 엽록체 genome에 존재하다가, 단세포 녹조류에서 nuclear genome에 안착된 것으로 보이고, 이후 분화과정 중에 최소 2종류의 SNAT isogenes을 획득한 것으로 추측된다. 단세포녹조류 Chlamydomonas, 다세포녹조류 Gonium sp.에서 발견되는 SNAT 유전자 연구는 SNAT 유전자의 기원과 분화과정 「Cyanobacteria → Red algae → Chlamydomonas → Gonium sp. → plants」 evolution에 대한 결정적인 유전적인 정보를 제공하게 될 것이며, 연구과정 중 육성된 고멜라토닌 함량 생산 벼를 육성하여 스트레스 저항성 작물 개발의 자원으로 활용될 것으로 기대한다. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240300
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Therapeutic intervention for kidney disease by the regulation of orphan nuclear receptor

• 연구책임자 : □ 연구개요 신장 질환의 발병, 진단 및 치료과정에 있어서 관련 주요 유전자의 발현 및 이를 조절하는 신호전달체계 규명 및 표적 유전자 및 단백질 발굴을 통한 다양한 형태의 새로운 진단 및 치료기술을 개발하고자 함. 고아 핵수용체는 전사 인자로 탄수화물 및 지질 대사, 염증 반응 및 신장 섬유화증을 조절한다고 알려져 있으며, 다양한 생물학적 효과의 결과로 고아 핵수용체는 질병의 치료를 위한 주요 약제 표적이 됨. 신장질환 병인기전 규명 및 고아핵수용체 역할 규명을 통한 생체 표지자 발굴 및 신장질환 제어기술개발을 목표로 함 □ 연구 목표대비 연구결과 1. 신장질환 기반연구 및 병인유전자 조절기전 연구 - 동물 모델 구축 및 마이크로 어레이 분석을 통한 유전자 변화 확인 - 신장 섬유화를 일으키는 분자세포학적 기전 규명 연구실적: Cell Death Dis 14(2):78(1)-78(11), 2023 등 2. 고아핵수용체의 항섬유화 효과 및 신호전달체계 규명 - 고아핵수용체 조절기전을 표적으로 하는 신장 섬유화 제어기전 규명 - 신장특이적 유전자변형 동물 모델에서 고아 핵수용체 역할 규명 연구실적: Redox Biology 54(1):102382(1)-102382(14), 2022; Cell Death & Disease 12(4):320(1)-320(15), 2021 등 3. 고아핵수용체의 신장질환에서 치료 유용성 확립 - 고아핵수용체를 타겟으로 하는 생체 표지자 발굴 및 신장질환 제어기술 개발 - 고아핵수용체 조절 단백 유도체의 발굴과 유효성 검증 연구실적: Exp Mol Med 55(2):304-312, 2023; J Nanobiotechnology 19(1):109(1)-109(17) 2021; 특허등록 신장섬유화증 예방, 개선 또는 치료용 조성물 (등록번호, 10-2323752) 등 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 고아핵수용체를 표적으로 하는 치료제는 현재까지 연구된 바가 없으므로, 본 연구결과를 바탕으로 신약개발을 위한 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 기대되며, 궁극적으로 국가경제에 기여할 수 있을 것으로 예상됨 ○ 본 연구과제의 성과가 단지 기초 연구에 그치지 않고 사업화를 통해 수익 창출이 가능할 것으로 예측됨. 또한, 본 연구에 사용된 모델을 이용하거나 추가 개발하여 다른 유전자와 약재 관련된 연구 및 다른 질환 연구에 응용할 수 있어 다른 후속 연구로 다양하게 발전시킬 수 있을 것으로 예상됨 ○ 신장질환은 만성적인 신장세포의 손상과 이에 따른 여러 염증 관련 물질들의 상호 작용에 의한 결과임. 따라서 만성신장질환 병인의 공통경로인 신장섬유화에 대한 세포손상 억제물질 발굴은 고아핵수용체와 관련된 새로운 병태생리기전을 제시할 수 있으며 더 나아가 이들 세포 손상 억제 물질을 대사 및 신장 질환 치료기술개발의 원천기술을 제공할 것으로 기대됨 ○ 신장질환에서 고아 핵수용체의 역할 규명을 통해 난치성 만성질환인 신장 섬유화의 발생 기전을 보다 명확히 하고, 바이오마커의 발굴, 표적물질을 밝히는 연구는 신장질환 치료기술개발에 기여할 것임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240300
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The mechanisms of development and regulation of radiation-induced enteropathy

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 방사선이 장 세포의 줄기성 및 세포 대사를 방해, 장내 대사물질들의 비정상화, 장 면역세포 비정상 반응, 등의 기저 기반을 조절하여 손상과 염증의 장 질환을 유도함을 증명하며, 이 개별적 기전 분석과 함께 서로의 연관성을 인과관계로 통합 분석하여 방사선에 의한 장 질환 유도의 근본적인 기전을 규명하고자 함. ○ 전체 내용 -방사선이 ER stress-OXPHOS 과정에 관여하여 장 줄기세포의 분화, 재생, 역분화 등의 줄기성 유지를 방해하는지와 장 세포의 세포 대사를 비정상화하는지를 규명하고 하부 신호전달 분자 기전을 밝힘. -방사선 조건에서의 장내 환경 물질들의 non-targeted 분석으로 목록화하며 대사물질 중 AHR 리간드가 숙주 혹은 미생물 유래인지에 따라 그 생성과정을 검증하고 그 역할을 규명함. -장 점막 면역계의 관용 기전 중 방사선에 의해 영향받는 기전을 확인하고 방사선 조건에서 내재 면역세포와 항원 제시 세포에서의 오토파지 활성도 확인 및 분비하는 사이토카인을 분석함. -기전연구 결과들을 통합적으로 분석하여 세포 대사 비정상을 유도한 신호전달 물질의 유도제나 억제제에 의해 장 세포의 항상성을 유지하게 하는지 분석함. -방사선 조건에서 선별한 장내 환경의 대사물질이 장 줄기세포, 장 상피세포, 장 면역세포 기능에 영향을 주는지 인과성을 확인함. -방사선 조건에서 확인한 장 면역세포가 만드는 사이토카인 중 줄기성과 상피세포 대사과정을 조절할 수 있는 후보군이 있는지 선별함. -장 세포의 항상성을 유지하게 하는 상위 신호물질 제안, 변화된 대사물질 중 신호전달 기전, 세포 대사과정을 정상화할 수 있는 후보군을 도출하고, 장 염증 유도하는 면역세포 반응 제어기술, 등의 불균형을 극복하고 장 항상성을 회복하는 장 질환을 조절하는 기술을 제시함. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20240200
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