□ 연구개요 류마티스 관절염은 난치성 자가면역질환으로 현재까지 류마티스 관절염을 완치시키는 약물은 없고 현재 사용중인 제제들은 항염증에 의한 면역반응의 정상화에 초점을 맞춘 약물들로 면역반응 조절만으로는 근본적인 치료 효과를 얻지 못하고 있으므로 근본적인 치료를 위한 새로운 표적 및 소재 발굴을 통해 효과적인 예방 및 치료법의 개발이 필요한 상태임. 본 연구의 목적은 파골세포(osteoclast) 분화억제를 류마티스 관절염 치료를 위한 신규 표적으로 활용하여 raw milk 유래 기능성 균주인 Propionibacterium freudenreichii 표면 단백질 중의 60 kDa chaperonin(Cpn60)이 RANKL (receptor activator of nuclear factor-κB ligand)의 receptor인 파골세포 표면의 RANK의 발현을 억제하는 새로운 moonlighting function을 확인하였으므로 Cpn60에 의해 파골 전구세포가 RANKL/RANK 신호전달 경로를 통해 파골세포로 분화되는 것을 억제하는 기전을 규명하고 류마티스 관절염을 개선하는 효과를 증명하여 류마티스 관절염 개선을 위한 기능성 소재 개발에 적용할 수 있는 결과 도출이 목표임. □ 연구 목표대비 연구결과 1) Chaperonin 60의 파골세포 분화억제에 대한 in vitro 연구 가. P. freudenreichii의 Cpn60 유전자 정보에 의한 recombinant Cpn60 제조 및 특성 확인 나. Cpn60의 파골세포 분화 관련 유전자들의 발현량 감소로 파골세포 분화억제 효과를 확인 다. Cpn60 처리에 의해 파골세포의 분화 마커인 tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) 효소의 활성이 감소함 2) Chaperonin 60의 파골세포 분화 억제 기전 연구 가. Cpn60이 RANKL와 결합하여 RANK/RANKL complex 형성을 저해함을 확인 나. 단백질 도킹 분석을 통해 Cpn60이 RANKL와 결합하는 amino acid residues 확인함 다. 유전자 오믹스 분석을 통해 Cpn60이 파골세포 분화 관련 신호전달 인자 및 관련 전사인자들의 발현을 유의하게 감소시킴을 확인 라. 유전자 및 단백질 발현 분석을 통해 lipocalin 2가 Cpn60에 의한 파골세포 분화와 관련된 인자임을 확인 마. Cpn60이 RANK/RANKL complex 형성을 저해하여 하위의 신호인자 및 전사인자들의 발현을 억제함으로써 궁극적으로 파골세포 분화를 억제하는 기전을 규명함 3) Chaperonin 60에 의한 관절염 예방 효과 in vivo 효과 검증 가. Collagen-induced arthritis mouse (CIA) model에서 Cpn60 투여에 의해 관절염 질환 지수 감소 및 관절의 변형, 염증 완화 효과 확인 나. Cpn60 투여에 의해 콜라겐 항원 특이적 IgG, IgG1, IgG2 항체 농도 감소 확인 다. Cpn60 투여에 의해 항염증 효과 확인: 염증성 IL-6, TNF-α 발현 감소 및 항염증성 IL-10 발현 증가 확인 라. Cpn60 투여에 의해 CIA 관절에서의 파골세포 분화억제 효과 확인 4) 연구목표대비 연구 결과: 100% 달성 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발과제의 활용방안 가. Cpn60의 새로운 moonlighting function 확인으로 달빛 단백질의 질병 개선 연구에 활용 나. 류마티스 관절염뿐만 아니라 파골세포와 관련된 골다공증 및 염증성 질환 예방 및 치료등 기능성 확장 연구에 활용 다. 식품용 프로피온산균을 이용한 류마티스 관절염 개선 제품 개발 시 유효성분 및 유효성분에 의한 개선 효과 기전 제시 근거 자료로 활용 라. 류마티스 관절염 개선에 대한 지식재산권 확보에 활용 마. 난치성 자가면역질환인 류마티스 관절염 환자의 치료비 증가에 대한 대책으로 활용 2) 연구개발과제의 기대효과 가. 부작용이 많은 anti-cytokine 의약품의 대체 효과 기대 나. 식·의약 소재로 개발하는데 필수적인 과학적 기전 확보로 인해 기능성 식품소재의 개발뿐만 아니라 기능성 미생물 유래 의약품 산업의 연구 확대로 파급 효과가 기대됨 다. 과학적 기전 규명으로 안전성이 확보된 기능성 균주 유래 단백질의 질병 개선 효과의 극대화 및 소재에 대한 신뢰도 상승이 기대됨 라. 지식재산권 확보로 산업화가 기대됨 3) 연구개발 결과의 중요성 본 연구 결과는 현재 고령화로 인해 증가 추세인 류마티스 관절염을 개선하기 위한 예방 및 치료제 개발에 적용할 수 있는 결과이며 chaperonin 단백질의 새로운 기능성을 발견한 결과로 파골세포 분화억제 및 염증성 질환의 개선에 적용할 수 있는 기전을 규명하였으므로 기능성을 확장하여 연구할 수 있는 파급효과가 큰 연구 결과로 생각됨 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임영희
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 류마티스관절염;샤페로닌;달빛단백질;프로피온산균;단백질 도킹; 2. rheumatoid arthritis;chaperonin;moonlighting protein;propionic bacteria;protein docking;

□ 연구개요 최근 맟춤의료 (personalized medicine)의 중요성이 커지면서 개인에 맞는 치료를 찾는 것이 중요해졌다. Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 (Random forest)는 널리 쓰이는 기계학습 방법의 하나로, 알고리즘이 분명하고 여러 통계 프로그램에서 설치되어 있어 널리 쓰이고 있다. Athey et al. (2019)는 이 랜덤 포레스트를 이용하여 개인별 이질적 치료효과를 계산하는 방법을 제시하고, Cui et al. (2023)은 Athey et al. (2019)의 방법론을 하나의 사건이 있을 때에 생존데이터에 대해서 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법을 제시했다. 하지만 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법이 제시된 바가 없다. 이 연구에서는 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법론을 제시하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 이 연구에서는 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 방법론을 바탕으로 경쟁위험 데이터에 대해서 랜덤 포레스트를 이용하여 인과효과를 계산하는 방법론을 만들었다. 이 방법은 Robinson (1988)의 추정함수를 랜덤 포레스트에 응용한 것으로, Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 방법론을 영향함수 (influence function)을 이용하여 누적사건함수 (cumulative incidence function)을 치료효과로 보고 추정하는 방법을 제시하였다. 이 때 Cui et al. (2023)에서 제시한 이중강건 (doubly robust) 랜덤 포레스트 방법을 경쟁위험 데이터에 적용해서 만들고 새롭게 Buckley and James (1979)의 방법을 응용한 랜덤 포레스트 방법 (BJ 랜덤 포레스트)를 제시하였다. 또한 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 통계적 이론을 근거로 근사이론과 분산 및 신뢰구간을 계산하는 방식을 제시하였다. 시뮬레이션을 돌려보았을 때 평균제곱오차 상으로 Ishwaran et al. (2014)의 랜덤 포레스트를 이용한 방법보다 더 나은 결과를 보였다. 그리고 Radiation Therapy Oncology Group (RTOG 9410) 데이터에 이 방법론을 적용하였다. 그리고 하위그룹분석을 위해 선형회귀를 치료효과를 이용한 결과변수에 적용하는 방법을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이 연구결과를 경쟁위험 데이터 하에서 개인별 이질적인 치료효과를 계산하고 그에 따른 통계적 추론을 할 수 있는 방법을 제시했다. 이 통계적 추론을 할 수 있다는 것은 굉장히 중요한데, 통계적 추론을 함으로써 일반적인 기계학습 방법론이 가지고 있던 취약점을 보완할 수 있기 때문이다. 이 방법은 여러 방면에서 사용될 수 있다. 우선 의학에서 다양한 경쟁적인 질병이 있는 경우에 각 질병에 대한 개인별 이질적 치료효과를 측정할 수 있다. 또한 정책결정을 할 경우에 경쟁적인 사건들이 일어나는 상황에서 정책결정이 어떤 분야에 각 개인마다 어떤 효과를 불러오는지 파악할 수 있다. 그리고 각 치료효과 또는 정책효과의 통계적 유의성을 신뢰구간 계산을 통해서 검정할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조영주
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 경쟁 위험;랜덤 포레스트;이중 강건;인과 효과;하위그룹 분석; 2. Competing risks;Random forest;Doubly robust;Causal effect;Subgroup analysis;

□ 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;

□ 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)

• 연구책임자 : 황옥진
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 멜라토닌 분화;세로토닌아세 틸전이효소;클라미도모나스;고니움;형질전환 벼; 2. melatonin evolution;serotonin N-acetyltran sferase;Chlamydomonas;Gonium;transgenicrice;

□ 연구개요 본 연구는 자연적으로 발생한 악성 종양 환자에서 뇌, 두경부, 척수, 비뇨기, 생식기 등 다양한 악성 종양의 관류 데이터를 CT관류검사, MR 관류검사, 조영증강 초음파검사로 평가하여 종양의 관류를 바탕으로 방사선 치료에 대한 조직 반응을 조기에 평가하여 종양의 크기 변화를 바탕으로 평가하는 기존의 방법을 대체할 조기 진단기준을 제시함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 『방사선치료 후 종양조직의 관류를 조영증강 초음파검사 및 관류CT검사로 정성/정량 분석하여 종양조직내 혈관 밀도의 감소와 관류저하를 바탕으로 종양의 크기 변화가 나타나기 전 방사선치료에 대한 치료반응을 조기에 진단함으로써 추가적인 항암요법 등 치료계획 수립과 환자 예후를 평가할 수 있는 관류 기준을 제시하는 것』을 목표로 함. [1] 1차년도 연구목표:악성 종양 예측을 위한 혈관신생 정도 및 관류지표 제시 조영증강 초음파검사 및 관류CT검사를 통해 종양 혈관신생 및 관류지표를 정량적으로 분석한 후 조직검사로 확인한 종양내 혈관신생 및 분포와 비교하여 종양의 악성도를 예측할 수 있는 비침습적이고 정량적인 관류지표를 제시함 [2] 2차년도 연구목표: 방사선치료에 대한 종양 관류평가 기준 확립 1차년도에서 도출된 악성종양의 관류지표를 이용해 방사선치료 전/후의 종양조직의 혈관 밀도 및 관류량의 변화를 측정한 후 조직검사 결과 및 방사선치료 평가의 국제표준으로 이용되고 있는 ‘고형암 반응평가 기준’과 비교하여 관류평가 기준이 종양의 방사선 치료 반응을 조기에 예측할 수 있는지 규명하고, 데이터 수집함 [3] 3차년도 연구목표: 고주파온열치료 병행시 종양에 대한 영향을 관류평가 규명 방사선치료 후 나타나는 종양의 관류저하를 보완할 수 있는 고주파온열치료를 병행한 후, 두 치료가 종양 미세혈류에 미치는 영향을 평가함 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 연구를 통해 자연적으로 발생한 악성 종양에서 뇌, 두경부, 척수, 비뇨기, 생식기, 부신 등의 복강 장기에 걸쳐 광범위한 관류 데이터를 CT 관류검사, MR 관류검사, 조영증강 초음파검사로 평가하여 제시하였음. 이러한 관류 데이터를 바탕으로 방사선 치료 후 종양의 반응을 조기에 예측하여 환자 생존과 삶의 질에 기여하고, 즉각적인 임상적용이 가능함 - 또한, 기존의 고형암 평가 기준에 비해 방사선 치료 종료 후 60일 이내 변화가 나타나 치료 반응을 조기 평가한 후 추가 병행 치료를 적용할 수 있음 - 악성 종양에 적용할 수 있는 면역 요법이나 전기항암치료 등 새로 도입되는 다양한 치료에 대한 반응 평가 연구에도 적용가능해 폭넓은 후속연구 진행이 기대됨 - 본 연구를 통해 2명의 박사과정생을 양성하고 있으며, 6명의 석사과정생이 배출되어 관류분석에 대한 전문 지식을 갖춘 학문후속세대를 양성하는데 기여하고 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최지혜
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 악성 종양;방사선 치료;관류;조영증강;CT 관류검사; 2. malignancy;radiotherapy;perfusion;contrast enhancement;CT perfusion;

□ 연구개요 중성자 과잉이나 양성자 과잉, 또는 찌그러진 핵등 특이한 성질을 가지는 핵을 포함하는 핵반응에 대한 모델을 연구하고 실험 결의 분석을 진행한다. 그 결과를 현재 사용하고 있는 초중핵 생성 핵반응 모델에 반영 및 그 모델의 개선을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 중성자 과잉핵 뿐 아니라 양성자 과잉핵을 입사핵으로 하는 실험 결과들이 발표되기 시작함에 따라, 양성자 과잉핵인 17F+208 208Pb 탄성 산란 실험 결과를 확장된 광학 모형을 이용하여 분석을 시도하였다. 양성자 과잉핵의 경우는 중성자 과잉핵과 비교했을 때, 좀 더 높은 각도 다른 채널이 열리는 양상을 보여주었다. 그로 인해 상대적으로 작은 깨짐 반응을 가지게 되는데, 이는 약한 결합을 가지고 있는 핵임을 생각하면 특이한 결과라고 볼 수 있다. 아울러 실험적으로는 제시되지 않은 비탄선 산란반응의 크기에 대해서도 예측해 보았다. 2. 실험적으로 잘 알려진 이론 모형보다 더 큰 산란 단면적이 발표된 9Li+ 70Zn 에 대한 핵융합 반응에 대한 분석을 시도하였다. 이를 위해 실험에서 산출된 각 핵들의 밀도를 이용하여 겹침 포텐셜을 새롭게 구성하였고, 많이 사용하는 범용 포텐셜과 그 변화를 비교해보았다. 이 경우는 핵의 들뜸의 영향이 별로 크지 않기 때문에, 전이 반응을 포함한 결합 채널 방법으로의 해석을 시도하였다. 3. 특이핵의 경우는 약한 결합으로 인하여 쉽게 들뜨며, 또 깨어잔다는 것이 실험을 통해 잘 알려져 있다. 이러한 실험 분석 과정에서 쿨롱 쌍극자 강도 분포를 계산하기 위해서는 광자수 계산이 필수적인데, 이러한 광자수를 결정짓는 방법에 대해 고찰하고, 실험결과와 비교 하였다. 4. 2023년에 양성자 과잉핵인 17Ne을 포함하는 17Ne+208Pb의 탄성 산란과 깨짐 반응에 대한 실험 결과가 발표되었고, 그에 따라 확장된 광학 모형을 이용, 실험 결과에 대한 분석을 시도하였다. 확장된 광학 모형의 장점에 따라 탄성과 비탄성, 깨짐과 융합 반응에 대한 결과도 함께 얻을 수 있었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이번 연구를 통하여, 특이핵을 포함하는 경우에 대한 확장된 광학 모형을 이용한 분석 방법에 대한 개선과, 핵융합 반응의 해석 방법에 대한 확장을 가져올 수 있었다. 특히, 이 시기에 양성자 과잉 핵을 포함하는 핵융합 반응의 실험 결과 발표가 많이 이루어졌으며, 그 결과는 중성자 과잉 핵을 포함하는 핵반응의 결과와는 전혀 다른 결과였으므로 그 해석에 있어 의미가 있다고 볼 수 있다. 이를 위해, 밀도를 이용한 겹칩 포텐셜 구성, 편광 포텐셜을 이용한 포텐셜 모형의 확장, 비탄성 산란등의 다른 채널을 고려하기 위한 결합 채널 방법의 적용등 핵반응을 좀 더 잘 이해하기 위한 여러 방법들을 활용하는 기회가 되었다. 이를 이용하여 차후 RI 시설들에서 제공되는 여러 실험 결과들을 분석하는데 큰 도움이 될 것으로 생각된다. 아울러 같은 질량을 가지는 중성자 과잉핵과 양성자 과잉핵의 실험들이 앞으로 진행될 것으로 생각되는데, 그 결과는 이번 연구의 결과로 서로 큰 차이를 보일 것으로 예상된다. 이러한 질량수는 같으나 양성자 수가 다른 핵인 거울핵(mirror nuclei)에 대한 실험 결과의 해석 및 이해에도 도움을 줄 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최기석
• 주관연구기관 : 한국항공대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵융합 반응;특이핵;양성자 과잉핵;광학 모형;결합채널 방법; 2. fusion reaction;exotic nuclei;proton rich nuclei;optical model;coupled channel method;

□ 연구개요 정밀한 방사선치료를 위해 환자의 거동과 호흡 움직임을 실시간으로 감시하는 점 레이저 스캔 기반의 시스템을 이용하여 전임상·임상 실험을 수행하고 호흡 감시 시스템을 구축하고 들숨일시정지 오차에 의한 선량분포를 분석함. 또한, 이를 기반으로 레이저 프로파일 기반의 호흡 감시 시스템을 개발하여 실제 방사선치료에 활용 가능성을 확인함 □ 연구 목표대비 연구결과 ￭ 점 스캔 레이저를 이용한 호흡 감시 시스템 개발 ◦ 점 스캔 레이저와 자가 모니터링을 위한 호흡 감시 시스템을 결합하고 고정용 프레임과 호흡 감시를 위한 UI를 개발하여 임상에 적용할 수 있도록 개발 ◦ 들숨일시정지 오차를 이용하여 호흡 감시 시스템 여부에 따른 치료부위 및 주요 장기의 선량분포 획득 및 분석 ◦ 점 스캔 레이저를 이용한 호흡 감시 시스템의 임상 적용을 통한 활용 가능성 및 시스템의 유용성 확인 ◦ 임상 실험을 통한 호흡 감시 시스템으로부터 정량적 들숨일시정지의 오차 감소을 확인하고 방사선치료 오차의 감소 확인 ￭ 레이저 프로파일 스캐너를 이용한 호흡 감시 시스템 개발 ◦ 인체에 사용할 수 있는 2M 등급, 들숨일시정지를 측정할 수 있는 해상도, 실시간 감시를 위한 시간 분해능 등을 고려한 레이퍼 프로파일 스캐너 선정 ◦ 레이저 프로파일 스캐너 기반 호흡 감시 시스템을 구현하기 위한 소프트웨어 설계 및 시스템 UI 개발 ◦ 임상에 적용할 수 있도록 실시간 데이터를 모니터로 송출하고 환자 정보 및 호흡에 관한 누적 데이터를 저장 및 기록하는 구조로 제작됨 ◦ 점 스캔 레이저의 임상 실험을 기반으로 레이저 프로파일 스캐너의 전임상 실험 수행 및 복부/흉부의 호흡 및 들숨일시정지 측정 및 분석 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ◦ 레이저 프로파일 스캐너를 이용한 호흡 감시 시스템은 방사선치료 시 자유호흡 및 호흡 멈춤 상태를 모두 지원하고 설치가 용이하여 임상 현장에서 적극적으로 사용될 수 있음 ◦ 정량적인 절대 위치를 기술하기 때문에 환자 셋업을 지원하고 절대 호흡 위치의 변화를 감시하여 치료 오차를 크게 줄여줄 수 있음 ◦ 기존 호흡 감시 시스템보다 적은 도입 비용과 간단한 설치로 운용의 효율성이 높으며, 현재 임상에서 CT 촬영 및 방사선치료에 적용하여 적극적으로 운용할 수 있을 것으로 기대됨 ◦ 선량분포 분석 결과를 통해 들숨일시정지 오차에 따른 치료오차를 유추 가능하며, 환자 치료 결과를 개선할 수 있을 것으로 판단됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 기용간
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 호흡 감시;호흡 멈춤;방사선치료;레이저 프로파일; 2. Respiratory monitoring;Breath-hold;Radiation therapy;Laser profile;

◻ 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 골격 발생 과정 동안 연골세포 및 뼈모세포분화를 조절하는 NFI-C 유전자를 이용하여 1) NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형을 분석하고, 2) 골격 이형성증을 유발하는 NFI-C 과발현생쥐를 이용하여 골격 발달 과정동안 NFI-C 유전자와 다양한 골격 이형성증 유발 전사인자 및 성장인자 사이의 상호작용 기전을 밝히며, 3) 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐를 제작하여 뼈 및 연골 발생 동안 NFI-C에 의한 골격 이형성증 유발 기전을 규명하여 궁극적으로이연구 결과를 골격 이형성증 진단 및 치료제 개발에 응용하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 연구목표 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형 변화 분석 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 유발 기전 연구 ● 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐 제작 및 분석 2. 연구결과 ● NFI-C 과발현 생쥐는 사지 발달과 머리뼈 형성에 이상을 초래한 것이 사람의 페인골드(Feingold, 팔다리의 길이가 짧고, 손가락과 발가락의 길이가 짧아지고, 소두증을 가지는 유전병)) 증후군과 유사한 표현형을 보여주었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 넙다리뼈와 머리뼈는 정상 생쥐와 비교하여 뼈 밀도가 감소 되어 있었음. ● 또한 성장판의 크기가 감소 되어 있었으며 이는 성장판의 proliferating zone이 현저히 감소 되어 있었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 연골모세포와 뼈모세포에서 이들 두 세포의 분화 마커 유전자들은 정상과 비교하여 현저히 감소된 것을 확인하였음. ● NFI-C가 과발현된 생쥐의 연골세포에서 페인골드 증후군을 유발하는 Mycn1 유전의 발현이 현저히 감소되어 있었으며, 또한 골격 이형성증 유발에 관여하는 TGF-β, Fgf family 유전자 발현 또한 감소된 것을 확인함. ● TertR/NFI-C 생쥐는 NFI-C 유전자가 발현되지 않은 상태로 태아기와 출생 후 정상 생쥐와 같은 표현형을 나타내었으며, 관련 유전자 또한 변화를 나타내지 않았음. ● 그러나 임신 중인 TertR/NFI-C 생쥐에 타목시펜을 새끼가 태어날 때까지 처리하였을 때 태어난 생쥐는 NFI-C 과발현 생쥐와 같은 표현형을 나타내었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 새로운 골격 이형성증 유발 유전자의 기전을 규명함으로써 임상, 기초, 및 중개 연구에 귀중한 리소스를 제공할 수 있음. ● 골격 이형성증 기전에 대한 의약학 관련 학문에 관련 지식을 제공 ● 골격 이형성증의 중요한 병태 생리 기전을 타겟으로 골격 이형성증 진단 방법 및 치료제의 타겟 개발에 활용 ● 골격 이형성증 진단 및 치료에 따른 개인적, 사회적 부담 절감 ● 환자와 그 가족에게 중대한 긍정적인 삶의 변화에 대한 진정한 희망을 제공 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이동설
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 골격이형성증;엔에프원시;연골;뼈;과발현; 2. Skeletal dysplasia;NFI-C;Cartilage;Bone;Over expression;

□ 연구개요 재생의학에 있어서 줄기세포를 세포치료제로 이용하기 위해서는 면역 적합성의 극복이 필요함. 이를 위해 환자의 세포를 추출하여 체세포 핵치환 또는 유도만능줄기세포를 제작하여 다시 환자에게 이식하는 방법이 가장 보편적으로 알려져 있으나, 이는 자신의 세포를 이용해야하기 때문에 세포치료제로서 일부 제한점이 있음. 본 연구의 목표는 기존의 만능공여자 세포주 구축에 따르는 여러 약점을 보완하기 위해 체세포 핵치환 기술을 이용한 만능공여자 세포주를 구축하여, 분화된 면역세포의 면역회피 기전 및 세포치료제로서의 안전성 검증을 통해 체세포복제 만능공여자세포의 전임상 단계 연구적 가치를 입증하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 B2M 유전자를 표적으로하여 HLA class I 분자의 넉아웃을 통해 동종 T세포의 반응을 유도하지 않는 ‘Off-the-shelf’개념의 면역거부회피를 통해 저면역세포치료제를 개발하고자 연구를 진행하였음. 본 연구는 저면역원성 체세포복제 배아줄기세포를 수립하여 NK세포와 γδ T 세포로 분화를 유도하여 B2M 유전자가 소실되어도 정상적인 면역세포로의 분화 가능성을 제시함. 나아가서, 저면역 만능공여자 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 위해 B2M 유전자를 표적으로 하여 HLA class I 분자를 넉아웃하고, 이어서 CIITA유전자를 표적으로 하는 HLA class II transcription factor를 넉아웃 하여, 항생제 처리를 통한 세포주 선발을 진행하였음. 기존의 면역관련 유전자 편집세포주의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 가능성을 높이고자 NMN을 체세포복제배아에 처리하여 배아줄기세포주 수립을 위해 배반포 품질을 향상시키는 연구에 도입하였음. 체세포복제 후 난자에 NMN을 처리하여 각 그룹별로 배반포 갯수, 생성된 배반포의 전체 세포수 및 내부세포괴 갯수의 분석을 통해 체세포복제 배반포 품질을 향상시키는 결과를 획득하였음. 나아가서 기확립된 Class I/II 넉아웃 유전자 편집 세포주를 사용하여 체세포복제시 CD47을 주입하여 다중 유전자 편집 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 목표로 연구를 진행하였음. 하지만 의외의 결과로 CD47을 overexpression 시킬 경우 체세포복제 배반포 생성이 높은 효율로 증가되는 것을 확인함. 또한 본 연구의 연장선으로 6주령의 human fetus skin fibroblast cells 분리하여 대량 배양하였으며, 공여자 적합성 평가 완료하였음. 목표대비 결과를 끌어내는 게 순조롭지 않았으나 연구과정 중 의도치 않은 여러 발견을 통해 특허출원을 하고 목표에 가까운 결과를 도출하였음. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 면역결핍 체세포복제 배아줄기세포주 수립 기술은 그동안 만능공여자 배아줄기세포주 구축에 따르는 여러약점들을 보완할 수 있으며, 그 외의 많은 유전자 편집 체세포 복제 배아줄기세포 치료제를 개발하는 데 있어 활용가능성을 기대할 수 있음. 기존의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 장애를 극복하기 위해 발굴한 고품질 체세포복제 배반포 생산 효율인자는 각종 체세포복제 배아줄기세포주 세포치료제 개발에 도입하여 낮은 복제배아 효율을 극복할 수 있는 원천기술 개발로의 활용 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이아름
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체세포복제;만능공여자세포;배아줄기세포;면역세포분화;면역세포치료제; 2. Somatic Cell Nuclear Transfer;Universal Donor Cells;HLA class I;HLA class II;Immune Cells;