• 한국생물정보학회:학술대회논문집
• /
• 한국생물정보시스템생물학회 2001년도 제2회 생물정보 워크샵 (DNA Chip Bioinformatics)
• /
• pp.165-196
• /
• 2001

DNA chip 또는 microarray는 다수의 유전자 또는 유전자 조각을 (보통 수천내지 수만 개)칩상에 고정시켜 놓고 DNA hybridization 반응을 이용하여 유전자들의 발현 양상을 분석할 수 있는 기술이다. 이러한 high-throughput기술은 예전에는 생각하지 못했던 여러가지 분자생물학의 문제에 대한 해답을 제시해 줄 수 있을 뿐 만 아니라, 분자수준에서의 질병 진단, 신약 개발, 환경 오염 문제의 해결 등 그 응용 가능성이 무한하다. 이 기술의 실용적인 적용을 위해서는 DNA chip을 제작하기 위한 하드웨어/웻웨어 기술 외에도 이러한 데이터로부터 최대한 유용하고 새로운 지식을 창출하기 위한 bioinformatics 기술이 핵심이라고 할 수 있다. 유전자 발현 패턴을 데이터마이닝하는 문제는 크게 clustering, classification, dependency analysis로 구분할 수 있으며 이러한 기술은 통계학과인공지능 기계학습에 기반을 두고 있다. 주로 사용된 기법으로는 principal component analysis, hierarchical clustering, k-means, self-organizing maps, decision trees, multilayer perceptron neural networks, association rules 등이다. 본 세미나에서는 이러한 기본적인 기계학습 기술 외에 최근에 연구되고 있는 새로운 학습 기술로서 probabilistic graphical model (PGM)을 소개하고 이를 DNA chip 데이터 분석에 응용하는 연구를 살펴본다. PGM은 인공신경망, 그래프 이론, 확률 이론이 결합되어 형성된 기계학습 모델로서 인간 두뇌의 기억과 학습 기작에 기반을 두고 있으며 다른 기계학습 모델과의 큰 차이점 중의 하나는 generative model이라는 것이다. 즉 일단 모델이 만들어지면 이것으로부터 새로운 데이터를 생성할 수 있는 능력이 있어서, 만들어진 모델을 검증하고 이로부터 새로운 사실을 추론해 낼 수 있어 biological data mining 문제에서와 같이 새로운 지식을 발견하는 exploratory analysis에 적합하다. 또한probabilistic graphical model은 기존의 신경망 모델과는 달리 deterministic한의사결정이 아니라 확률에 기반한 soft inference를 하고 학습된 모델로부터 관련된 요인들간의 인과관계(causal relationship) 또는 상호의존관계(dependency)를 분석하기에 적합한 장점이 있다. 군체적인 PGM 모델의 예로서, Bayesian network, nonnegative matrix factorization (NMF), generative topographic mapping (GTM)의 구조와 학습 및 추론알고리즘을소개하고 이를 DNA칩 데이터 분석 평가 대회인 CAMDA-2000과 CAMDA-2001에서 사용된cancer diagnosis 문제와 gene-drug dependency analysis 문제에 적용한 결과를 살펴본다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제36권2호
• /
• pp.125-130
• /
• 2012

예쁜 꼬마선충은 모델 생물로서 지금까지 행동과 이를 제어하는 신경세포들 사이의 관계를 밝히기 위한 많은 연구들이 수행되었다. 본 연구에서는 표면의 강성이 다른 고체 환경에서 꼬마선충의 운동관련 적응 행동을 연구하였다. 꼬마선충은 고체 위에서 움직일 때 기는 파형을 조절함으로써 기계적으로 다른 환경에 적응을 한다. 즉, 외부환경이 더 단단해질수록 꼬마선충의 기는 파형의 진폭과 파장이 감소하게 된다. 흥미로운 사실은 기계적인 감각에 결함이 있는 돌연변이의 경우 정상 꼬마선충과는 다른 적응행동을 보인다는 것이다. 이것은 기계적으로 다른 환경에 효과적으로 적응하기 위해서 기계적인 자극을 감지하고 반응하고 적응하는 기작이 있음을 의미한다. 이에 본 연구에서는 꼬마선충이 기계적으로 다른 환경에 적응하는 과정을 설명할 수 있는 신경회로 모델을 제안하였다.

• 식품기술
• /
• 제26권3호
• /
• pp.178-187
• /
• 2013

분자단계에서 천연소재 유래 다당체는 면역 세포 표면(예, 대식세포)에 있는 한가지 또는 여러가지 수용체(${\beta}$-glucan 수용체, mannose 수용체, complement 수용체 3, Toll-like 수용체, scavenger 수용체)와 면역 반응을 시작하기 위하여 결합할 수 있고, 그 후에 신호전달을 위하여 cytokine과 second messenger($Ca^{2+}$, cAMP, cGMP, NO 등등)들을 생성한다. 그 결과로 선천면역과 적응면역을 유도하여 다양한 질환에 영향을 미친다. 추가적으로 다당체들의 면역조절은 신경내분비 체계의 조절과도 연관되어 있다. 최근 수많은 천연소재유래 다당체의 생리활성에 관한 연구가 진행되고 있다. 다양한 연구를 통해 정확한 약효, 낮은 독성과 부작용을 가진 일단의 다당체가 발견되어 현재 임상에서 암 치료에도 사용되고 있다. 이러한 사실들은 면역증진 다당체들이 항 종양치료를 위한 새로운 치료제로서 큰 시장을 개척할 수 있다는 가능성을 보여주고 있다. 이러한 사실에도 불구하고 현재 다당체에 대한 연구는 다음과 같은 취약점을 내포하고 있다. 첫째 다당체의 생리활성에 대한 정해진 비교기준이 없다. 특별히 임상 환경에서는 이러한 연구들이 중국, 일본, 한국과 일부 다른 동양국가들에 국한되어 있어 유럽이나 미국에서의 연구 자료가 결여되어있다. 둘째 현재 연구에 사용되고 있는 대다수의 천연소재 유래 다당체는 순수한 다당체가 아닌 천연 그대로의 것을 사용하고 있어 소재로부터 유래하는 다른 활성성분에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있어 순수 다당체가 면역체계에 어떠한 역할을 수행하는지 진단하는데 어려움이 있다. 셋째 면역조절 경로에서 다당체의 정확한 신호전달 경로가 아직 정확하게 밝혀지지 않았고, 또한 동물과 임상실험에서 다당체가 작용하는 수용체 및 신호전달 경로에 대한 상반되는 결과가 발표되고 있기도 하다. 따라서 다당체의 면역조절활성에 대한 연구에 있어 다음과 같은 점들에 주목해야 할 필요가 있다. 첫째 다당체의 구조와 활성간의 상관관계를 밝혀야 할 것이다. 특히 다당체의 세부 구조 및 활성 부위를 밝혀낸다면 분자수준의 면역조절 기작을 명확히 하는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 이러한 정보를 확보할 수 있다면 다당체의 구조를 변형시켜 활성을 증진시킬 수 있을 것이며, 또한 활성이 증가된 다당체를 합성하는 일도 가능해 질 것으로 예상된다. 마지막으로 ${\beta}$-glucan과 lentinan과 같은 정제된 다당체의 연구를 지속적으로 수행하여 효과적인 동물실험 및 임상실험 protocol을 확보하고 연구결과들에 대한 database를 구축해야 할 필요가 있다. 이러한 노력들이 성공적으로 수행된다면 천연소재유래 다당체들이 가까운 장래에 암 치료를 포함한 다양한 질병에 적용 가능한 새로운 면역조절제로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제13권12호
• /
• pp.6196-6202
• /
• 2012

알긴산 올리고 유도체를 갈조류로부터 추출하였고, 추출물의 항미세조류 효과와 작용기작을 연구하였다. 고분자 알긴산을 2 N HCl과 1% $H_2O_2$.로 순차적 가수분해하여 알긴산 올리고 유도체를 제조하였다. 추출물의 항미세조류 활성은 반응시간에 비례하였으며 4시간에 가장 높았다. 알긴산 올리고 유도체를 Akashiwo sanguinea와 Cochlodinium polykrikoides에 처리하였을 때, 세포의 움직임이 정지하였다. A. sanguinea 세포는 파쇄되었고, C. polykrikoides 세포에는 원형질 분리가 유도되었다. 알긴산 올리고 유도체의 작용기작을 연구하기 위하여, 세포내(pHi) 및 세포외 pH(pHe)의 변화를 0.05% 알긴산 올리고 유도체에 노출된 미세조류에서 측정하였다. pHi는 0.3 unit 감소하였고, pHe는 0.9 unit 증가하였다. 이러한 결과로부터 알긴산 올리고 유도체에 의한 막전위의 변화가 미세조류의 세포사멸을 유도할 수 있을 것으로 추측된다.

• 한국환경농학회지
• /
• 제10권2호
• /
• pp.167-177
• /
• 1991

O,S-dialkyl alkylphosphonothioates 계열 유기인제 농약의 체내 작용기작을 이해하기 위하여 model 화합물 (1), O-ethyl S-methyl ethylphosphonothioate [$LD_{50}$(rat, oral) 4.6mg/kg ; $K_i$(bovine erythrocyte acetylcholinesterase) 303 $M^{-1}min^{-1}$]이 선정되었다. 이 유기인계 화합물들은 체내에서 활성화(活性化) 과정을 겪으면서 독성(毒性)을 발현하는 것으로 가설(假說)되어져 왔다. 생체 내 mixed function oxidases에 의한 산화 활성화 과정을 화학적(化學的)으로 재현하기 위하여 두 종류의 유기산화제 즉, meta-chloroperoxybenzoic acid와 monoperoxyphthalic acid가 사용되었고, 대사적(代謝的) 산화를 재현하기 위하여 쥐 간(肝)에서 추출한 microsomal oxidation system을 이용한 in vitro 산화반응이 시도되었다. 산화반응 중간생성물인 S-oxide의 존재가 전구물질(1)의 가설적 산화 반응경로를 통해서 간접적으로나마 충분히 확인 되어질 수 있었다. 더욱이 ethanol을 이용한 trapping 실험에서 불안정한 산화중간물질인 S-oxide가 강한 phosphorylating agent라는 것이 확인되어, 전구물질 (1)로부터 산화반응을 거치면서 생성된 이 중간물질이 체내 신경전달에 중요한 역할을 하는 acetylcholinesterase를 phosphorylation하게 되고, 결국 이런 활성화 과정을 통해 이 계열의 화합물들이 독성을 발휘하는 것으로 이해될 수 있었다.

• 생명과학회지
• /
• 제32권1호
• /
• pp.23-28
• /
• 2022

곤충에서 유래한 항균펩타이드 CopA3는 다양한 세포사멸 과정을 차단한다고 알려져 있다. 세균 톡신에 의한 상피세포 세포사멸이나 6-hydroxy dopamine이 야기하는 신경세포 세포사멸 모두를 차단한다. 연구자 등은 최근에 CopA3가 카스파제에 직접 결합하여 그들의 활성형-절단과정을 차단한다고 보고하였다. 하지만 강력한 CopA3의 항세포사멸 효능을 설명하기 위해서는 추가적인 규명이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 세포사멸경로의 핵심억제인자인 survivin 발현에 미치는 CopA3의 영향을 확인하였다. 인간 대장상피세포(HT29)에 CopA3를 처리한 뒤 survivin 발현을 추적한 결과, survivin 단백질 양이 유의하게 증가함을 확인하였다. RT-PCR을 통해서 CopA3가 survivin 유전자의 전사를 증가시킴을 확인하였다. 그리고 CopA3 자극이 Sp1 발현을 증가시키는 사실과, Sp1 억제 물질인 tolfenamic acid 처리가 CopA3에 의한 survivin 증가를 차단한다는 결과들을 바탕으로 우리는 CopA3가 Sp1을 통해 survivin 발현을 유도한다는 최종 결론을 도출하였다. 한편 본 연구를 통해서 CopA3의 강력한 항세포사멸 효능을 설명할 수 있는 분자기작을 새롭게 제시하였다고 사려된다.

• 생명과학회지
• /
• 제17권2호통권82호
• /
• pp.167-173
• /
• 2007

생쥐 신경교세포 유래 신경영양인자 유도성 전사인자(mGIF)의 발현조절에 필요한 전사기작을 연구하기 위하여 mGIF cDNA를 탐침자로 이용하여 genomic clone을 분리하였다. 전체 유전자 13-kb 영역 중 전사개시점에서 4-kb 상류영역의 유전자 서열을 파악한 결과, 프로모터 영역에서 TATA box와 CAAT box는 발견할 수 없었으며 G+C content는 높은 것으로 나타났고 여러 개의 Sp1 전사인자 결합영역이 있었다. 또한 mGIF 유전자는 AP2 결합에 필요한 보존적 영역이 있었다. mGIF 유전자의 프로모터 영역의 단편들을 프로모터가 없는 pGL2-Basic 플라스미드의 luciferase 유전자의 상류에 연결하여 서로 다른 5종류의 결손 돌연변이체를 제조하고 NB41A3 세포주를 이용하여 전사활성을 측정하였다. Transient expression assays 결과, 모든 결손 돌연변이체에서 전사활성이 나타났으며 -213과 -129사이에 전사촉진 영역이 존재하며 -806과 -214사이에 전사억제 영역이 있는 것으로 나타났다. 신경세포주인 NB41A3과 신경교세포주인 C6 그리고 간세포주인 HepG2에서 mGIF 유전자 프로모터의 높은 활성이 관찰되었으며, 근육세포주인 C2C12에서는 낮은 활성이 관찰되었다. 따라서 mGIF 유전자는 조직특이적으로 발현하며 도파민 수용체 유전자와 구조적, 기능적 유사성이 있는 것을 알 수 있었다.

• 생명과학회지
• /
• 제30권11호
• /
• pp.999-1006
• /
• 2020

최근 중추신경계에서 면역기능을 담당하는 미세아교세포(microglia)의 염증반응을 효율적으로 조절하는 것은 알츠하이머 병, 파킨슨 병 및 헌팅턴 병과 같은 퇴행성 뇌질환의 치료를 위한 중요한 타겟으로 인식되고 있다. 왕귀뚜라미(Teleogryllus emma)는 다양한 치료효능으로 인해 세계적으로 널리 이용되고 있으며, 본 연구팀에서는 최근 왕귀뚜라미의 전사체 분석을 통하여 항균활성을 가지는 다양한 종류의 새로운 항균 펩타이드(antimicrobial peptide; AMP) 후보들을 선별한 바 있다. 항균 펩타이드는 미생물에서부터 포유류까지 매우 다양한 종으로부터 발견되었으며, 현재는 항균활성뿐만 아니라 염증반응과 같은 다양한 질병의 치료제 개발을 위한 후보 물질로 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 선행연구를 통하여 선별된 왕귀뚜라미 유래 항균 펩타이드들 중에서 Teleogryllusine(VKWKR-LNNNKVLQKIYFVKI-NH₂)으로 명명된 항균 펩타이드의 신경염증 억제 효능을 관찰하였다. Teleogryllusine의 신경염증 억제 효능을 관찰 하기 위하여 immortalized mouse microglia 세포주인 BV-2 세포에 Teleogryllusine을 1시간 전처리 한 후 LPS를 이용하여 BV-2 세포의 염증 반응을 유도하였다. 그 결과 Teleogryllusin은 최대 처리 농도인 80 ㎍/ml까지 세포독성 없이 nitric oxide (NO) 생성을 현저히 감소시킴을 확인할 수 있었다. 또한 염증반응 매개인자인 iNOS와 COX-2 및 cytokine (Il-6, TNF-α)의 발현을 유전자 수준과 단백질 수준에서 확인한 결과 Teleogryllusine 처리농도에 의존적으로 감소됨을 확인할 수 있었다. 또한 Teleogryllusine의 신경염증 억제작용 기작을 확인한 결과 mitogen activated protein kinases (MAPKs)와 IκB의 인산화 및 proteosome에 의한 IκB의 분해를 억제함으로서 BV-2 세포의 신경염증반응이 조절됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 보아 왕귀뚜라미 유래 Teleogryllusine 펩타이드는 신경염증반응에 의해 유도되는 퇴행성 뇌질환 치료 및 예방을 위한 의료용 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 약학회지
• /
• 제41권1호
• /
• pp.86-93
• /
• 1997

Even though both N-methyl-4-phenyl-1,2,5,6-tetrahydropyridine (MPTP) and 6-hydroxydopamine have been widely used to establish the experimental model for dopaminergic neuronal ce ll death. mechanisms underlying this phenomenon have not been firmly explored. To investigate how these dopaminergic neurotoxins induce neuronal cell death, murine dopaminergic neuronal cell line, MN9D cells were treated with various concentration of either 6-hydroxydopamine or active form of MPTP, N methyl-4-phenylpyridinium (MPP$^+$). Treatment of cells with 5-100 uM 6-hydroxydopamine resulted in apoptotic cell death whereas cell death induced by 5~50 uM MPP$^+$ was not demonstrated typical apoptotic characteristics such as cell shrinkage, apoptotic body and nuclear condensation. Cell death induced by 6-hydroxydopamine was partially blocked in the presence of antioxidants including soluble form of vitamin E or desferrioxamine suggesting that generation of oxidative stress may be associated with 6-hydroxydopamine-induced cell death in MN9D cells. In contrast, MPP$^+$-induced cell death was not blocked by treatment with any of antioxidants tested. As previously demonstrated that MPP$^+$ caused metabolic alterations such as glucose metabolism, removal of glucose from the medium partially inhibited MPP$^+$-induced cell death suggesting excessive cycles of glycolysis may be associated with MPP$^+$-induced cell death. Taken together, these studies demonstrate that two types of dopaminergic neurotoxins recruit distinct neuronal cell death pathways.

• 대한화장품학회지
• /
• 제37권3호
• /
• pp.275-282
• /
• 2011

MC1R의 길항제 역할을 하는 펩타이드와 tyrosinase를 저해하는 효능을 가지는 천연유래 물질을 유도체화하여 신규 미백소재를 개발하였다. 또한 이러한 새로운 기작에 의한 미백 효능을 평가할 수 있는 방법을 cAMP 신호전달 과정을 활용하여 제시하였다. 총 24종의 유도체를 합성하였고, cAMP assay의 결과를 통해 11종의 유도체를 선별하였으며, 선별된 유도체에 대하여 멜라닌 형성 억제 효능을 평가하여 본 평가 방법의 유효성을 확인하였다. 이 과정에서 RW를 서열에 포함하는 펩타이드 유도체가 특별히 멜라닌 형성 억제 효능이 높은 것을 알 수 있었다. 또한, cAMP assay는 MC1R의 antagonist라는 특정 타겟 물질을 디자인한 소재의 스크리닝 방법에는 활용할 수 있음을 알 수 있었다. 하지만, 미백소재로서의 가능성을 확인하기 위해서는 멜라닌 생성저해 시험과 병행하여야 할 것으로 판단된다.