초·중등생을 위한 생명과학분야 과학캠프의 효과

박지나 高麗大學校 大學院 2010 국내석사

생명과학교육의 활성화로 초·중등생의 과학 흥미 및 생활과학 접근성을 향상시키기 위하여 전국 생활과학교실과 대학주관의 과학캠프를 대상으로 생명과학분야의 수업에 대해 알아보았다. 또한 대학에서 실시하는 생명과학캠프가 참가학생과 주최학교, 나아가 사회에는 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 2009년 여름방학기간동안 실시된 고려대학교의 생명환경과학캠프에 참여한 초·중생을 대상으로 총 385부의 설문자료를 분석하였다. 분석 방법은 통계프로그램 SPSS를 이용하였다. 1. 생활과학교실과 과학캠프에서의 생명과학교육 쉽고 흥미로운 과학을 체험할 수 있도록 교육과학기술부 산하기관인 한국과학창의재단에서 ‘생활과학교실’을 운영하고 있었다. 전국 42개의 책임운영기관을 중심으로 진행되었고 수업 주제들은 내용별로 8분야로 나눌 수 있었다. 생명과학과 관련된 주제의 90개 수업 중 인체·세포 42개(47%), 식물 25개(28%), 동물 11개(12%) 그리고 기타 12개(13%)로 분류할 수 있었다. 대학에서 주관하는 과학캠프는 2009년 1월부터 8월까지 전국 9개의 4년제 대학에서 실시되고 있었으며 생명과학분야를 주제로 하는 캠프는 고려대와 충북대로 국내 2개 대학에서 주관하고 있었다. 2. 참가 학생들의 만족정도 및 과학캠프의 효과 대학 주관의 생명환경과학캠프에 참가한 학생들의 83.6%가 과학에 흥미가 있었고 캠프 이후 64.2%가 과학에 대한 흥미가 높아졌다고 답하였다. 이로 인하여 과학캠프가 학생들에게 과학에 대한 흥미를 증가시키는 효과를 가졌음을 알 수 있었다. 캠프에 자발적으로 참여한 학생은 46.9%로 부모님이나 학교, 기관에 의해 강제적으로 캠프에 참가한 학생이 상대적으로 많았다. 하지만 76.1%의 학생들이 캠프가 흥미 있었다고 답하였고, 캠프가 학교수업에 도움이 될 것 같다는 학생이 66%임을 보아 자발적 참여가 아니더라도 캠프의 효과가 긍정적임을 알 수 있었다. 이는 캠프 참가에 대해 72.7%가 만족한다는 결과와 앞서 언급한 과학 흥미도의 변화로 설명할 수 있을 것으로 보인다. 캠프에 참가한 50.9%의 학생들이 재참가 의사를 밝혔으며 57.9%가 캠프 추천에 긍정적으로 답하였다. 이는 학생들이 과학캠프에 얼마나 만족하고 있는지 다시 한 번 확인시켜주는 결과라 할 수 있다. 캠프 참가 학생들의 73.5%는 비정규 과학교육의 필요성과 중요성에 대해 이미 인식하고 있었다. 또한 41.9%가 현재 비정규 과학교육을 받고 있었으며 실험, 체험 위주의 교육이 이론과 함께 병행되는 과학교육을 희망 하고 있음을 알 수 있었다. 과학캠프는 학생들의 장래 희망에도 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 38.5%에 가까운 학생들이 과학캠프가 장래희망에 도움이 되었다고 답했으며 57.7%의 학생들이 앞으로 과학 관련분야의 직업을 가지고 싶다고 답하였다. 이러한 결과는 과학캠프가 현재 이공계 기피현상으로 인해 과학 전문 인력이 부족한 사회 문제를 근본적으로 해결해줄 수 있는 방책이 될 가능성을 보여준다고 할 수 있다. 사회문제 해결의 역할 뿐만 아니라 학교 홍보에 있어서도 과학캠프는 긍정적 영향을 주고 있었다. 캠프 참가 이후 캠프를 주최한 대학교 이미지가 긍정적으로 인식되었다는 학생이 71.9% 이었으며 주최 대학교에 입학하고 싶다는 의사를 표시한 학생 또한 58% 임을 보았을 때 대학에서 주최하는 과학캠프는 학생 스스로에게는 물론이고 사회와 주최 대학에 까지 긍정적인 영향을 미친다는 결과를 얻을 수 있었다. This study was examined present condition of informal science education and effect of science camp. The purpose of this research was to be aroused science interest and risen accessibility to science by checking about ‘Life science class’ and universities in the whole country. In addition, this investigation was analysed satisfaction of participants in the science camp taken place at the Korea Univ. by 385 surveys. Those results were as follows: 1. Life science class and science camp The Life science class was organized by 42 agencies and the module was shared every class. The number of subjects about life science were 90; plant 25, human body and cell 42, animal and insect 11, and others 12. The two camps' main subject among 9 universities was life science. They were opened by Korea Univ. and Chungbuk Univ., 2. Satisfaction of participated students and effect of science camp The positive science interests rate of participate students in the science camp was 83.6%, the increasing of science interests after the science camp was 64.2%. Participants of 46.9% joined voluntarily, students of 76.1% was interested in the camp and 66% among the participants expressed their thoughts that the science camp would be help to school science class. The satisfaction about the science camp participation was 72.7%, and 50.9% wanted to rejoining the camp. The students of 57.9% expressed intention of recommendation the science camp. On the perception of informal science education, students of 73.5% answered necessary. The effect of the science camp to future job was 38.5% and the intention to get a job in the sphere of science was 57.7%. After the science camp, increasing of positive image about the university was 71.9% and students of 58% expressed interests to enter the university.

파이토크롬 A가 과다발현된 단자엽 모델식물 Brachypodium 및 ABF3 유전자가 도입된 생명공학 잔디 분석

최윤성 전남대학교 대학원 2012 국내석사

Brachypodium distachyon is recently suggested to be a new and alternative monocot model plant, because it has many characteristics for being a model plant including self-fertility, small stature, short life cycle, simple growth requirements, and a small genome. Furthermore, Brachypodium distachyon was selected as a model plant for bioenergy crops and its genome sequencing has been completed. In this study, we obtained transgenic Brachypodium distachyon plants overexpressing oat phytochrome A gene (PHYA) to analyze light responses of the monocot model plant. After transformation, putative transgenic plants were selected using the herbicide resistance assay. Genomic integration of the transgene was confirmed by genomic PCR and Southern blot analysis, and gene expression was validated by northern and western blot analyses. Furthermore, homozygous transgenic lines were selected and their phenotypic characteristics were analyzed. Transgenic Brachypodium plants showed significantly shorter coleoptile lengths under far-red light than wild-type control plants, and also early flowering in the long-day condition. These results suggest that phytochrome A plays an important role in far-red light signaling and flowering in the monocot model plant as well as many dicot plants. Another subject of this study was to analysis of transgenic creeping bentgrass overexpressing Arabidopsis abscisic acid responsive element (ABRE)-binding factor 3 (ABF3) gene. The ABF3 gene was introduced into creeping bentgrass in order to develop a stress-tolerant variety of turfgrass. Transgenic plants were confirmed by the herbicide resistance assay, genomic PCR and northern blot analysis. The transgenic plants overexpressing ABF3 displayed significantly enhanced drought tolerance with higher water content and slower water loss rate than the control plants. Furthermore, the stomata of the ABF3 transgenic plants closed more than those of non-transgenic creeping bentgrass plant. In addition, the transgenic plants showed enhanced tolerance to heat stress. These results suggest that the overexpression of the ABF3 gene in creeping bentgrass might enhance survival in water-limiting and high temperature environments through increased stomatal closure and reduced water losses.

마우스 배아줄기세포 신경분화의 유전자 발현 데이터에 대한 Eigengene 기반의 유전자 군집분석

양정은 한양대학교 대학원 2008 국내석사

Although at least one hundred thousand genes had been predicted in human being, the human genome project has reported only twenty five to thirty thousand genes, so far. Many reports from that and other research suggest that in order to express the life phenomena in highly complicated lives, not only genes but also their relationships, so called genetic network, play essential roles. According to evolution of lives, genetic network has become differentiated to modularized form. The functional module of genetic network means a tightly related group of genes isolated in genetic network and may carry out a specified biological function. The aim of this research is to develop the efficient algorithm to identify a functional module through cluster analysis of gene expression data. Many clustering algorithms have been applied to analyze gene expression data, such as hierarchical clustering (Eisen et al., 1998), K-mean clustering (Herwig et al., 1999), and self-organizing maps (SOM) (Tamayo et al., 1999). Usually most of them assort the genes according to their similarities or dissimilarities between their expression profiles, but they are not suitable for identifying functional modules because of no consideration of relationships between genes. A clustering framework, which had been developed by our lab (Han, 2007; Kim, 2007), was modified and applied to gene expression profile of nervous differentiation with cDNA microarray experiments. It takes advantage of SVD (singular value decomposition) that detects biologically meaningful gene expression patterns and dominant eigengene of each cluster can represent coherent pattern clearly. The advanced clustering processes (1) begin with modified K-means that constructs subsets of genes on dominant common expression pattern according to similarities between expression profiles of genes. (2) And then, these subsets of genes are iteratively concentrated, through refinement algorithm, to subsets including genes showing tightly coherent expression pattern. (3) Through the enrichment of clusters, missed genes were included in clusters through estimation of covariance to each cluster. As the results, a number of 134 clusters were obtained from the expression data of 6,331 genes, and biological function of each cluster was predicted as a module with Gene Ontology (GO). Especially, genes related to neurogenesis were significantly gathered in cluster 1 and 2. The Cluster 1 showed increased expression pattern and included Notch1, Ncdn, Unc5b and so on. The other side, the Cluster 2 revealed down-regulated pattern and included, Nrp2, Hey1, Zfhx3 and so on. The investigation of biological functions about each cluster indicated that this clustering framework is useful tool for analysis of gene expression data and identification of functional module of genes. Human genome project가 완성 단계에 이르면서 대부분의 생명과학자들의 기대와는 달리 이만 오천에서 삼만 개의 유전자만을 확인할 수 있었다. 그러므로 고도로 진화된 생명체에서는 유전자뿐만 아니라 유전자 사이의 관계 즉, 유전자 네트워크가 생명현상을 발현함에 있어 핵심적 역할을 수행함을 암시한다. 유전자 네트워크는 진화의 과정에서 특정 생명현상을 수행하는 부분이 모듈화 되었으며, 유전자 모듈은 생명현상과 연관되는 유전자들의 기능적 단위체로 고려할 수 있다. 따라서, 유전자의 군집화는 유전자 모듈을 추적하여야 한다. 현재까지 개발된 군집화 알고리즘은 Hierarchical Clustering, KMeans Clustering, 및 SOM 등 여러 가지가 있지만, 유전자의 기능적 모듈화보다는 발 현패턴에 의존하여 유전자를 군집화한다. 본 연구에서는 기존의 K-means 알고리즘에, singular value decomposition (SVD)의 패턴추출기법을 적용하여, 유전자의 기능적인 패턴을 분석하고 군집화하는 방법을 개발 및 개량 구현하였다. 이 군집화 알고리즘을 요약하면 다음과 같다. 1) 먼저, SVD를 수행하여, 고유유전자 (Eigengenes)를 추출하고, 이 고유유전자를 기준으로 K-means를 수행한다. 이 과정 을 통하여 발현패턴을 기준으로 유사하게 발현하는 유전자들의 군집들을 빠른 수행시간 에 생성하게 한다. 2) 이전 과정에서 생성된 군집내의 유전자들 중에 군집과 연관성이 적은 유전자를 순차적으로 제거함으로써 군집의 집중도를 증가시킨다. 3) 마지막 enrichment 과정 으로, K-means 과정에서 놓친 유전자를 포함시키고 또한 복합적 과 정에 관여하는 유전자를 군집에 포함시키는 overlapping 군집화를 수행한다. 마우스의 배아줄기세포의 신경분화과정에 Day 1,2,3,6,12,15에 관찰한 유전자 발현 데이터에 본 연구에서 개발 및 개량된 군집화 프로그램을 적용하여 본 결과, 6,331개의 유전자를 134개의 군집으로 분리할 수 있었다. 각 군집의 생물학적 기능의 연관성을 Gene Ontology (GO)의 생물학적 기능과 생화학적 기능에 대해서 군집의 분포를 관찰한 결과 발현 패턴 유사성뿐만 아니라, 생물학적 및 생화학적 기능에 따라 군집화 됨을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 이러한 군집분석기법이 유전자 발현 데이터의 분석에서 동일한 생물 학적 기능의 발현과 관련된 유전자들을 분리 할 수 있을 것으로 추정되며, 생명체 시스 템의 기저를 형성하는 유전자 네트워크의 기본 모듈로써의 유전자 군집을 파악할 수 있 을 것이다.

Anti-influenza virus potential of probiotic Lactobacillus plantarum YML015

마줌더라집 영남대학교 대학원 2016 국내석사

본 연구는 한국 전통 발효식품인 김치에서 분리한 Lactobacillus plantarum YML015 균주의 약리 및 치료 가능성을 평가하였다. MDCK 세포주와 발육란을 이용한 in vitro, in ovo 실험에서 L. plantarum YML015 는 인플루엔자 바이러스 A (IFVA) H1N1 과 저 병원성 조류 인플루엔자 바이러스 H9N2 (조류독감) 에 대하여 상당한 항 바이러스 잠재력을 가지고 있음을 평가하였다. YML015의 항-IFVA (H1N1) 과 항-LPAI (H9N2) 활성을 평가하기 위하여 발육란을 이용한 In ovo 실험과 적혈구응집반응 저해, 세포병원성 저해 실험과 같은 in vitro 실험을 진행하였다. 게다가, 항생제 감수성(MIC)테스트와 용혈 분석을 함으로써 L. plantarum YML015은 자연과 사람에게 안전한 것으로 분류하였다. 서로 다른 온도로 처리된 YML015 무 세포 상등액(CFS)의 열 안정성 실험도 진행하였다. 그 결과, L. plantarum YML015는 포유 동물 세포주 (MDCK 세포)에서 매우 강력한 항-IFVA(H1N1) 및 항-LPAI(H9N2) 활성을 보여주었다. 반면에 NO, SOD, ABTH and 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radicals.와 같은 다양한 scavenging models을 통하여 L. plantarum YML015의 무 세포 상등액 및 에탄올 추출물(EE)의 항산화 활성을 평가하였다. 상업 균주인 Probio65와 Lactobacillus plantarum YML009를 YML015와 비교한 결과, YML015는 여러 라디칼 소거 능력을 가지고 있음을 보였다. 게다가 ORAC, CUPRAC, FRAP 분석을 수행하였으며, YML015의 약리 잠재력을 평가하였다. AAPH에 의해 유도된 세포 반응성 산소 종(ROS)생산의 비율은 L. plantarum YML015를 이용한 것이 더욱 낮았다. 또한 L. plantarum YML015의 CFS 및 EE의 항 염증 가능성을 결정하기 위해, 항 염증 활성은 두 가지 방법으로 측정하였다: 첫 번째로, RAW 264.7 대식세포에 의해 활성화된 지질 다당류(LPS)의 산화 질소(NO)생산 측정. 두 번째로, RAW 264.7 세포의 세포 생존 비율을 MTT분석법으로 측정. 그러나, 항 당뇨 및 함암 전위는 각각 α-glucosidase 억제 분석법으로 평가하였으며 B16F10의 세포 생존 능력은 MTT 분석법으로 평가하였다. 두 분석에서, Lactobacillus plantarum YML015 는 항암 및 항 당뇨병 활성이 다른 두 상업균주보다 우수하게 나타났다. 본 연구의 결과는 Lactobacillus plantarum YML015의 강력한 항 바이러스, 항산화, 항 염증, 항 당뇨병 및 항암 활성에서 약리 및 치료 가능성을 확인하였으며, 다양한 생명을 위협하는 질병 및 건강 장애에서 인간과 동물을 보호하기 위하여 다양한 음식과 약물에 쓰일 것으로 전망한다. The goals of the study were to isolate a Lactobacilli strain Lactobacillus plantarum YLM015 from Korean traditional fermented food, “Kimchi” and to evaluate its pharmacological and therapeutic potential as a beneficial probiotic. Research evaluated that L. plantarum YML015 had significant anti-viral potential against influenza virus A (IFV) H1N1 and avian influenza virus H9N2 (Bird flu) when tested using MDCK cell line in vitro, and embryonated eggs in ovo assays. A total of 1200 Lactobacilli strains were isolates and screened. Among them, isolate L. plantarum YML015 was selected for further studies base d on its potent anti-viral, antioxidant, anti-inflammatory, anti-diabetic and anti-skin cancer efficacy. Further, isolate YML015 was characterized as Lactobacillus plantarum based on 16S rRNA gene sequencing analysis and by API 50 CHL Kit biochemically. In ovo assay with embryonated eggs and in vitro assay such as hemagglutination inhibition assay and cytopathogenic reduction assay were performed to evaluate anti-IFV (H1N1) and anti-AIFV (H9N2) activity of YML015. Additionally, L. plantarumYML015 was classified for its non-resistance nature as safe for human as confirmed by the antibiotic susceptibility (MIC) test and hemolysis assay. Heat stability test was also experienced by using different heat- treated cell free supernatant (CFS) samples of YML015. As a result, L. plantarum YML015 showed highly potent anti-IFV (H1N1) and anti- AIFV (H9N2) activities in vitro in mammalian cell line (MDCK cell). On the other hand, the antioxidant activity of cell free supernatant (CFS) and ethanol extract (EE) of L. plantarum YML015 was evaluated in vitro using various scavenging models including NO, SOD, ABTH and 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl (DPPH) radicals. The results indicated that comparing with commercial strain Probio65 and Lactobacillus plantarum YML009, YML015 displayed significant scavenging ability on several radical scavenging models. Furthermore, ORAC, CUPRAC, and FRAP assays were performed and pharmacological potential of YML015 was evaluated. Percentage of cellular reactive oxygen species (ROS) production induced by AAPH was lower by using L. plantarum YML015. Furthermore, to determine anti-inflammatory potential of CFS and EE of L. plantarum YML015, anti-inflammatory activity was measured in two ways: first, by measuring nitric oxide (NO) production in lipopolysaccharide (LPS) activated RAW 264.7 macrophages, and second, with the percentage of cell viability of RAW 264.7 cell followed by MTT assay. However, anti-diabetic and anti-cancer potentials was evaluated by α- glucosidase inhibitory assay and cell viability of B16F10 by MTT assay, respectively. In both assays, it was proved that Lactobacillus plantarum YML015 exhibited excellent anticancer and anti-diabetic activities rather than other two commercial strains. Findings of this study confirm pharmacological and therapeutic potential of Lactobacillus plantarum YML015 in terms of its potent anti-viral, antioxidant, anti-inflammatory, anti-diabetic and anticancer properties along with its probiotic nature which makes it a candidate of choice for using in various food and pharmacological preparations to protect humans and animals from various life-threatening disease and health disorder.

Real time PCR 방법을 이용한 microarray data의 정량적 유효성 검증에 관한 연구

김정록 고려대학교 생명환경과학대학원 2010 국내석사

Because of its powerful ability for characterizing gene expression on a huge scale, DNA microarray is a technology that has been widely used in molecular biology area including genomics. The products from the technology have been questioned on a few key issues, including the reproducibility, reliability, compatibility and standardization. Considerable effort has been dedicated to investigate these important issues, most of which focused on the compatibility across different microarray platforms, laboratories and analytical methods. Real-time PCR is often referred to as another efficient tool for gene expression measurement, due to its advantage in detection sensitivity, sequence specificity, large dynamic range as well as its high precision and reproducible quantitation compared to other techniques. Because of the advantages, the real-time PCR have been used as an validation tool for microarray results. However, the correlation of tendency and reliability between microarray results and that of real-time PCR is not yet.

In Vitro Enzymatic Study on Glycolytic Pathway in Thermus caldophilus

배정돈 고려대학교 대학원 2005 국내박사

Reversal of Multidrug Resistance in Human Leukemia Cells by Quercetin

용소영 고려대학교 대학원 2005 국내석사

Development of multidrug resistance (MDR) is a major obstacle for successful chemotherapy of many human cancers. The main characteristics of tumor cells displaying the MDR are cross-resistance to structually unrelated cytotoxic drugs having different mechanisms of action. This resistance can be due to different factors, including failure of drug uptake or activation, alteration in the level of target enzyme such as topoisomerase II and increased anticancer drug efflux. This last mechanism of resistance apprears to be a major one and is usually linked to the overexpression of P-glycoprotein (P-gp), a plasma trans-membrane glycoprotein encoded by MDR1 genes and thought to act as an ATP-dependent drug efflux pump. Although, the mechanism involved in the regulation of P-gp expression are still unclear, the expression of P-gp appears to be controlled by protein kinase C(PKC). Thid study evaluated the influence of Quercetin on the cytotoxicity of anticancer drugs in K562/ADR cells. Quercetin (3,3’,4’,5,7-pentahydroxyflavone) is one of the most widely distributed flavonoids in nature. Numerous studies have revealed diverse biological effects of quercein, including protein kinase C inhibition. In this experiment, quercein almost completely inhibited the expression of PKC. It enhanced the cytotoxic effects of not only adriamicin but also taxol in K562/ADR cells. The expression of P-gp was inhibited by quercetin in a dose-dependent manner. In addition, quercein also increased adriamycin accumulation and slowed down the efflux of rhodamine-123 from K562/ADR cells. Our results suggrst that quercetin can be a modulator of MDR which could be used for a combination chemotherapy in cancer treatment.

p21-dependent G2/M arrest by activation of MEK/c-Jun pathway in p53-deficient cell under oxidative stress

김지영 고려대학교 생명공학원 2005 국내석사

I have confirmed that H2O2 treatment induce G2/M arrest and induction of p21 through activation of AP-1 in p53-deficient human lung cell, H1299 (Chung et al., 2002). To identify direct connection between H2O2-induced G2/M arrest and induction of p21, this study examined that block of p21 expression using p21-siRNA affects H2O2-induced G2/M arrest. The cells transfected with p21-siRNA did not induce a G2/M phase arrest by H2O2 treatment. That suggests H2O2-induced G2/M arrest is mediated to p21-dependent manner. In addition, It was detected that DNA-binding activity of AP-1 as a redox-sensitive transcription factor was increased by H2O2 treatment through EMSA using AP-1-like element (Ap21-3 probe) in the p21 promoter region. And then through supershift assay with anti-c-Jun antibody, c-Jun was identified as a component of AP-1 activated by H2O2 treatment. Upregulation and phosphorylations of c-Jun on Ser63 or Ser 73 were observed in time-dependent manner of H2O2 treatment. In general, c-Jun is a substrate for JNK family kinases. However, expression and activation of JNK were not increased in this condition. On the other hand, ERK was activated by H2O2 treatment. When a specific inhibitor to MEK as an upstream kinase of ERK was treated, upregulation and phosphorylaion of c-Jun by H2O2 treatment decreased. And using antisense ERK oligonucleotide and ERK-siRNA as direct inactivation of ERK the activation of c-Jun was blocked. Furthermore, induction of p21 was blocked in cells transfected with ERK-siRNA. That meant MEK/ERK pathway is related to activation of c- Jun and induction of p21. However, ERK alone could only slightly phosphorylate c-Jun in vitro. Therefore, I assert that ERK is related to upregulation of c-Jun but lack to phosphorylate c-Jun as completely active form. So I also suggest possibility that some other molecules not to test yet may be related to phosphorylation of c-Jun. And these molecules may be located on downstream of MEK. In order to investigate t

현장 진단에 적용 가능한 CRISPR 기반 진단에 대한 고찰

양정애 고려대학교 생명환경과학대학원 2024 국내석사

현장 진단 (Point-of-care testing, POCT)은 환자와 가까운 현장에서 신속하게 검사를 수행하고 결과를 얻을 수 있는 의료 진단법으로서, 감염성 질환이 확산되는 상황뿐만 아니라 물론 일상적인 건강 관리에서도 그 중요성이 점차 증대되고 있다. 이러한 맥락에서 CRISPR/Cas 시스템은 핵산 진단 방법의 특징인 높은 특이도와 민감도를 유지하면서 현장 진단의 적용 가능성을 열어준 기술로, 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 CRISPR/Cas 기술을 현장 진단에 통합하기 위한 최신 연구 동향과, 진단법의 간소화 및 최적화 과정에 대해 논의하였다. 특히, 복잡한 핵산 추출 과정 없이 직접 임상 검체를 사용하여 단일 단계로 판독이 가능한 기술 개발과, 더불어 사전 증폭 과정 없이도 높은 민감도를 달성하는 다양한 방법론에 초점을 맞추어 서술하였다. 현장 진단의 실용성을 높이기 위한 동결 건조된 시약을 활용, 휴대용 판독장치를 활용하는 등의 접근 방법에 대해 논의하고, 이러한 방법들을 통해, CRISPR 기반 진단법이 미래의 현장 진단에서 중요한 역할을 수행할 수 있음을 강조한다. Point-of-care testing (POCT) is a medical diagnostic method that allows for rapid testing and obtaining results near the patient. It is increasingly recognized for its importance not only in situations where infectious diseases are spreading, but also in routine health management. In this context, the CRISPR/Cas system is a technology that has opened up the possibility of point-of-care diagnostics while maintaining the high specificity and sensitivity of nucleic acid diagnostic methods, and is being actively investigated. In this paper, we discussed the latest research trends for integrating CRISPR/Cas technology into point-of-care diagnostics and the process of simplifying and optimizing diagnostic methods, focusing on the development of technologies that enable one-step testing using direct clinical specimens without complex nucleic acid extraction, as well as various methodologies to achieve high sensitivity without pre-amplification. Approaches to increase the practicality of point-of-care diagnostics, such as the use of lyophilized reagents and portable readout devices, are discussed, highlighting the important role that CRISPR-based diagnostics (CRISPR-Dx) can play in the future of POCT.

Study on Elucidating the Role of Matrix Gla Protein during Myoblast Differentiation

사라프라즈아마드 Graduate School of Yeungnam University 2017 국내박사

근아세포의 분화과정에서 Matrix Gla 단뱩질의 역할 규명에 관한 연구 사라프라즈아마드 영남대학교 대학원 생명공학과 동물 및 의학생명공학전공 (지도교수: 최인호) 요약 근육줄기세포 (Muscle satellite cell)는 골격근에 존재하는 비활성의 성체줄기세포로 근육의 손상이나 운동에 반응하여 근육세포 재생에 관여한다. 근육줄기세포의 활성은 근육조절전사인자 (Muscle regulatory factor)의 발현을 통해 일어나며 일련의 과정인 증식과 분화과정을 거쳐 성숙한 근육세포로 발달한다. 활성 전 줄기세포는 주로 Pax3/7 유전자의 발현이 지배적이며, 증식과 분화과정 동안에는 MYF5, MYOD, myogenin (MYOG) 등과 같은 전사인자의 발현에 따라 조절된다. 최근 연구결과에 따르면 세포외기질 (Extracellular cellular matrix)이 근육줄기세포의 분화촉진에 영향을 미친다는 결과가 발표되었다. 하지만 어떠한 ECM 유전자가 어떠한 기전으로 근육분화를 촉진하는지에 대한 기전은 정확히 밝혀져 있지 않은 상태이다. 따라서 본 연구는 근육분화 관련 세포외기질 유전자를 규명하고, 규명한 유전자가 어떠한 과정을 통해 근육분화를 촉진 하는지에 대한 연구를 진행하였다. 근육분화관련 추가적인 유전자 확보를 위해 microarray 분석을 진행하였으며, 이를 통해 matrix gla protein (MGP)이 근육세포로 분화할 때 발현이 증가한다는 것을 밝혀냈다. 15kDa의 MGP 단백질은 비타민 K 의존성 단백질로 연골, 혈관 및 근육세포 등 다양한 세포에서 발현된다고 밝혀졌다. 하지만 근육분화와 관련하여 명확한 기전은 밝혀지지 않았다. 따라서 본 연구는 근육줄기세포의 분화에 따른 MGP의 기능을 분석하기 위해 마우스의 근아세포주인 C2C12 세포를 이용하였다. MGP의 유전자 및 단백질의 발현은 분화에 따라 증가하였으며 주로 세포질에서 발현되었다. 보다 구체적인 MGP 의 기능분석을 위해 MGP 유전자의 knock-down을 진행하고 근육세포의 분화를 유도하였다. MGP 유전자의 발현 감소에 따라 근관 (Myotube)의 형성과 근육조절인자인 MYOD와 MYOG 유전자 및 단백질의 발현이 감소하였다. 또한 관련 세포외기질 유전자인 fibromodulin (FMOD) 및 collagen type 1 alpha 1 (COL1α1) 의 발현을 관찰하여, 세포외기질 관련 유전자와 MGP간 연관성을 규명하였다. 또한 근육분화 억제 인자인 myostatin (MSTN)과 MGP 단백질 간 연관성을 in silico 와 in vitro 분석을 통해 근육세포의 분화 동안 두 단백질이 분화과정 동안 결합한다는 것을 확인하였다. 또한 이 두 단백질간의 결합은 MSTN과 MSTN 수용체인 activin receptor type IIB (ACVRIIB)의 결합을 방해한다는 것을 in silico 분석을 통해 증명하였다. 이러한 연구결과는 MGP가 근육의 재생 및 근육 위축 질병에 대한 치료연구에 중요한 자료로 제시될 수 있을 것으로 사료된다. Abstract Though Skeletal Muscle development embark with the start of myogenesis, in embryo, a process where committed myoblast begin to fuse and form multinuclear myotubes, and muscle fibres which can support body posture, conduct message to CNS, help in locomotion of animals, meanwhile some proliferating cells doesn’t fuse with the mature myotube in embryo and stay attached with the basal lamina of mature myotube, these quiescent satellite are descendant for postnatal muscle growth, their repair and adult myogenesis which express different molecular markers including cell surface receptors and adhesion molecules such as sydecan-3 syndecan-4, c-met, transcription factors like sox8/9 and Pax7. These cells do not express MRFs like MyoD and Myf5 and MyoG, after getting proper stimulus like severe injury, exercise, chronic disease, these cells start to repopulate its cell pool and give rise to committed myogenic myoblast cells which express MRFS like MyoD, Myf5, and MyoG. Finally myoblast fuse with each other to give syncytial myotube. With the advancement of techniques there is growing report that ECM affects muscle function, especially for the ECM genes which provide environment for MRFs to act. During recent years interest has broaden to investigate mechanism, functional pathway of ECM genes to support myogenesis. Matrix gamma carboxy-glutamate (MGP) a well-known extracellular gene and exhaustively studied as local inhibitor of vascular calcification. MGP mRNA has been reported in various cells including chondrocytes, vascular smooth muscle cells and epithelium. Muscle cells. MGP a 15KD vitamin K dependent protein become active after post-translational modification. Expression of MGP has been reported in muscles. Moran et al (2002) revealed after their microarray study, MGP was one of the up-regulated genes during myoblast differentiation; MGP has been studied as one of the pax7 target gene in mouse CSMB4 satellite cells. Here we are trying to explicate function of MGP during MSC differentiation. Skeletal muscle development commences with the commitment of multi potent precursor cells (muscle satellite cells; MSCs) to proliferate and differentiate to form multinuclear myotubes. Our interest in the regulation of MSCs by extracellular matrix (ECM) genes led us to investigate the effects of matrix gla protein (MGP) on the progression of murine myoblast C2C12 cells in the myogenic program. Though, its expression was confined to the cytoplasm of myotubes, its knock-down (MGPkd) was found to have a pronounced effect on differentiation process through the expressional regulations of myogenic regulatory factors (MRFs; MyoD, myogenic differentiation and MyoG, myogenin) and ECM (Col1α1, collagen type 1 alpha 1 and FMOD, fibromodulin) genes. On observing down-regulation of the expression of negative regulator myostatin (MSTN) in MGPkd cells, co-immunoprecipitation and in silico studies were performed to investigate the mechanism regulating interactions between MGP, FMOD, and MSTN during myoblast differentiation. In agreement with in vitro data, in silico studies revealed MGP exhibited strong affinity for MSTN and that this in turn affected MSTN binding to its receptor (activin receptor type IIB (ACVRIIB)). Because it is critical for the regulation of MSTN, MGP is believed to up-regulate the expression of MSTN during the myogenic program. Together, these findings disclose a previously unrecognized role for MGP, and suggest the possibility that MGP could be exploited for the design of novel inhibitors that promote muscle regeneration or be used to treat muscle atrophy.