Identification of mRNA and microRNA biomarkers for prediction of drug-induced toxicity via toxicogenomic analysis

황다빈 가톨릭대학교 대학원 2023 국내박사

Despite the excellent efficacy of the drug, unwanted toxicity to various organs is induced, which limits therapeutic administration. Hepatotoxicity and nephrotoxicity are major side effects of drugs, and the incidence rate and degree of toxicity vary greatly depending on the type of drug. It is difficult to accurately determine such drug-induced toxicity in non-clinical and clinical trials due to individual variations. For drug-induced toxicity, the susceptibility to toxicity may differ due to differences in genetics and gender of individuals, and the degree of toxicity may differ depending on acquired factors such as disease, age, body mass, and nutritional status. In this study, the experiment was conducted focusing on the sensitivity to drug-induced toxicity due to differences in innate gene expression and sex differences. Furthermore, a miRNA biomarker that can be used to predict drug-induced toxicity at an early stage and sensitively changes according to the degree of toxicity was developed. Cisplatin is a potent anticancer drug and is effective in the treatment of various solid cancers. However, it has a side effect that causes toxicity to the liver and kidneys among various organs, so there is a limit to its use. Therefore, cisplatin was used to create an animal model of drug-induced liver and nephrotoxicity. As the first study, the liver pre-biopsy method was established through a surgical method prior to substance administration to discover endogenous genetic indicators related to individual differences in drug-induced hepatotoxicity. After that, the liver was partially removed to analyze the difference in gene expression pattern for each individual and the difference in the level of hepatotoxicity after administration of cisplatin. Ccrn4l, a clock-controlled gene included in the 'rhythmic process', was inherently low in gene expression before drug administration in cisplatin susceptible animals. In addition, in the susceptible group, the innately low expression level of Ccrn4l was maintained even after cisplatin treatment with decreased antioxidants, increased nitration, and apoptosis. When checking the correlation between Ccrn4l, antioxidant catalase, and mitochondrial RNA in the liver, it was confirmed that they showed similar mRNA expression patterns according to individual circadian variation. Surprisingly, Ccrn4l knockdown WB-F344 cells prompted cisplatin-induced mitochondrial dysfunction, apoptosis, and decreased catalase activity. Collectively, individual innate hepatic Ccrn4l level may be a novel factor affecting cisplatin-induced hepatotoxicity susceptibility by modulating mitochondrial and antioxidant functions. Next, I aimed to identify potential relationships within cisplatin-induced multi-organ physiological changes and genetic factors associated with sex differences in nephrotoxicity susceptibility. Surprisingly, I was found that male rats were more susceptible to cisplatin-induced nephrotoxicity, as characterized by histopathological and biochemical analyses. Therefore, RNA sequencing was performed at baseline (pre-treatment) and at cisplatin administration (post-treatment) to identify the genes associated with sex differences in nephrotoxicity susceptibility. Gap junctions, which play a role in replenishing damaged cells to maintain tissue homeostasis, and mismatch repair associated with a pathological apoptotic mechanism against cisplatin nephrotoxicity were significantly enriched only in males following cisplatin treatment. Moreover, the male expressed high levels of genes, which are responsible for transmembrane transport and regulation of apoptotic process, pre-cisplatin treatment; additionally, genes involved in the PI3K-Akt signaling pathway and the oxidation–reduction process were significantly lower in males before cisplatin treatment. In conclusion, my comprehensive findings provided valuable insight into the potential mechanisms of sex differences in cisplatin-induced nephrotoxicity susceptibility. Furthermore, the goal of the final study was to verify liver and kidney miRNA changes after cisplatin administration, predict their target genes, and identify changes in the cellular pathways of difference expressed genes (DEGs) through RNA-sequencing and discover organ-specific serum miRNA biomarkers. As a result of comparative analysis of miRNA changes and corresponding target genes by cisplatin-induced liver and kidney toxicity, miR-503-3p increased in the liver and Ccnd1 related to 'liver development' decreased. In addition, in the kidney, miR-1193-3p and let-7c-1-3p decreased, along with an increase in Klf4 related to 'negative regulation of cell proliferation'. Genes regulated by miRNAs that change after cisplatin administration, such as Ccnd1 in the liver and klf4 in the kidney, can aggravate toxicity. Additionally, miR-511-5p, miR-146a-5p, miR-187-3p in the liver and miR-219a-2-3p, miR-409a-3p, miR-379-5p in the kidney were identified as organ-specific miRNA biomarkers that can diagnose toxicity caused by cisplatin administration. These organ-specific serum miRNA biomarkers responded sensitively to the time course of cisplatin administration and the degree of damage, proving their potential as biomarkers. As such, identification of potential mechanisms of miRNA-regulated genes provides valuable insight into cisplatin-induced toxicity, and serum circulating miRNAs can serve as new biomarkers for diagnosing cisplatin-induced hepatotoxicity and nephrotoxicity. 약물의 뛰어난 효능에도 불구하고 여러 장기에 독성이 유발되는 경우로 인해 실제 투약에 제한이 되는 경우가 있다. 간독성 (hepatotoxicity)와 신장독성(nephrotoxicity)은 약물의 주된 부작용이며 약물의 종류에 따라 발생률과 독성의 정도에 차이가 크다. 이러한 약물 유발 독성은 개체차로 인해 비임상, 임상시험에서 정확한 판단이 힘들다. 약물 유발 독성에 대해서 선천적인 개개인의 유전, 성별의 차이로 인해 독성에 대한 민감도는 차이가 생길 수 있으며 후천적 요인인 질병의 유무, 연령, 체질량, 영양상태 등에 따라서 독성의 정도 차이가 발생할 수 있다. 이번 연구에서는 선천적인 유전자 발현 차이와 성별 차이로 인한 약물 유발 독성의 민감도에 초점을 맞춰 실험을 진행하였다. 더 나아가 이러한 약물 유발 독성에서 miRNA의 발현 패턴을 분석하고 표적 유전자의 분석을 통해 장기 별 miRNA의 생리학적 역할과 관련 기전을 밝혔으며 장기 특이적인 기존의 혈청 바이오마커들과는 다른 조기에 질병을 예측할 수 있고 독성의 정도에 따라 민감하게 변화하는 miRNA 바이오마커를 개발하였다. 시스플라틴 (Cisplatin)은 강력한 항암제로써 여러가지 고형암의 치료에 효과적이다. 하지만 여러 장기 중 특히 간과 신장 독성을 일으키는 부작용을 가지고 있어 이용에 한계점이 있다. 그렇기에 약물 유발 간, 신장독성 동물 모델을 만드는데 시스플라틴을 사용하였다. 먼저 첫번째 실험으로 약물 유발 간독성의 개체차와 관련된 내인성 유전학적 지표 발굴을 위해 물질 투여 전 수술적인 방법을 통해 간을 부분적출 수술법 (liver pre-biopsy method)을 정립하고 간을 부분적출하여 개체마다의 유전자 발현 패턴 차이와 물질 투여 후 간독성 발현정도 차이를 비교 분석하였다. cisplatin 투여에 의해 심한 간독성을 보이는 개체의 경우, 경미하게 유발된 개체에 비해 투여 전 정상상태에서의 간조직에서 ‘rhythmic process’ 관련 유전자인 Ccrn4l 유전자가 낮게 발현하고 있는 것을 확인하였다. Ccrn4l 유전자가 항산화효소 Catalase, 미토콘드리아 관련 RNA와 상관관계가 있음을 밝혔다. Ccrn4l 유전자의 낮은 발현은 미토콘드리아의 기능을 변화시켜 항산화효소 catalase의 발현을 감소시키게 되며 이는 각 개체를 산화적 스트레스에 취약하게 만들어 약물 유발 독성에 민감하게 만들게 된다. 결론적으로 개개인의 간 Ccrn4l은 시스플라틴 유발 간독성 민감도에 영향을 끼칠 수 있는 중요한 내인성 유전지표이다. 그 다음으로 시스플라틴 투여에 의한 여러 장기의 생리학적 변화의 상호 관련성을 밝히고 성별에 따른 신장 독성의 민감도 차이에 영향을 끼치는 유전학적 지표들의 비교를 통해 잠재적 기전을 확인하였다. 먼저 시스플라틴의 투여 후 혈청학적, 조직병리학적 분석을 통해 간, 신장, 고환에서 독성이 유발됨을 확인하였다. 신장의 손상은 시상하부-뇌하수체-생식샘자극호르몬축 (hypothalamic–pituitary–gonadotropin axis)의 호르몬 조절 불균형을 초래한다. 이로 인해 고환에서 시스플라틴에 의한 독성과 더불어 신장 손상의 영향으로 남성호르몬인 테스토스테론 (testosterone)이 감소하였다. 결국 간 약물 대사 효소인 남성 특이적인 CYP3A2와 남성에서 우세한 CYP2B1와 CYP3A1이 감소를 보였다. 이렇듯 시스플라틴에 의한 다장기적 생리적학 변화의 상호 관련성을 추가적으로 밝혔다. 그리고 수컷 랫드가 시스플라틴 유발 신장독성에 민감한 것을 혈청학적, 조직병리학적 분석을 통해 발견하였다. 신장 독성 민감도의 성별 차이와 관련된 유전인자를 확인하기 위해 정상상태와 시스플라틴 투여 후의 유전자 발현 패턴을 분석하였다. 시스플라틴 투여에 따른 수컷에서만 손상 세포를 보충하는 역할을 하는 간극연접 (Gap junction)이 증가하였다. 또한, DNA 불일치 복구 (mismatch repair)의 감소는 수컷이 시스플라틴 유발 DNA 손상에 더욱 민감하게 만들어 신장 독성에 민감하게 만들 수 있는 가능성을 제기하였다. 암수 간에 기저 발현 패턴의 차이를 보이는 유전자를 분석하였을 때, 수컷은 막횡단 수송 (transmembrane transport) 및 세포사멸 (apoptosis) 조절을 담당하는 유전자가 높게 발현하였다. 게다가 PI3K-Akt 신호전달 경로 및 산화-환원 과정에 관여하는 유전자는 수컷에서 상당히 낮았다. 종합적으로 이 연구를 통해 시스플라틴 유발 신장 독성 민감도의 성별 차이에 대한 잠재적인 메커니즘을 확인하였다. 마지막으로 시스플라틴 유발 간, 신장독성에서 miRNA의 발현 패턴을 분석하고 표적 유전자의 분석을 통해 장기 별 miRNA의 생리학적 역할과 관련 기전을 밝혀 독성이 유발된 상황에서 miRNA의 중요성을 밝히기 위한 실험과 조기에 질병을 예측할 수 있고 독성의 정도에 따라 민감하게 변화하는 장기 특이적인 혈청 miRNA 바이오마커를 발굴하기 위한 연구를 진행하였다. 시스플라틴 유발 간, 신장독성에 의해 miRNA 변화와 함께 그에 대응하는 표적 유전자들의 비교 분석 결과 간에서는 miR-503-3p의 증가와 함께 liver development에 관련된 Ccnd1의 감소를 확인하였다. 또한 신장에서는 miR-1193-3p, let-7c-1-3p의 증가와 함께 negative regulation of cell proliferation과 관련된 Klf4의 감소를 확인하였다. 간에서의 Ccnd1의 감소와 신장에서의 Klf4의 시스플라틴에 의해 변화하는 miRNA에 의해 조절되는 유전자의 감소는 독성을 심화 시킬 수 있다. 추가적으로 시스플라틴 투여 의한 독성을 진단할 수 있는 기관 특이적인 miRNA 생체지표로써 간에서는 miR-511-5p, miR-146a-5p, miR-187-3p와 신장에서는 miR-219a-2-3p, miR-409a-3p, miR-379-5p를 발굴하였다. 이와 같은 기관 특이적인 혈청 miRNA 생체지표는 시스플라틴 투여 시간, 손상 정도에 따라 민감하게 반응하여 생체지표로써의 가능성을 증명하였다. 이렇듯 miRNA에 의해 조절되는 유전자들의 잠재적 기전의 확인은 시스플라틴 유발 독성에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며 혈청 순환 miRNA는 시스플라틴 유발 간독성 및 신독성을 진단하기 위한 새로운 생체지표가 될 수 있다.

혈연 생체 간이식 가족의 위기 적응 경험 : 다중사례연구

황다빈 이화여자대학교 대학원 2023 국내석사

The purpose of the study was to describe the crisis adaptation experiences of family underwent living donor liver transplantation(LDLT). Yin’s multiple case study design was utilized in this study. Convenience sampling was utilized to recruit participants who are hospitalized after liver transplantation surgery. One-on-one interviews and surveys were conducted with six families from October 5, 2022 to November 2, 2022. Data analysis which includes content method for in-depth interview data and survey data followed the process suggested by Yin. The findings of this study are as follows. Common themes identified between these cases were ‘Experiencing family conflicts among the living donor liver transplantation surgery’, ‘Family role changed’, ‘Increase in family cohesion after liver transplantation’. On the other hand, different themes identified between these cases were ‘Presence or absence of expressing emotional, physical difficulties to each other’, ‘Method of crisis coping’. Two patterns for crisis adaptation experiences of LDLT family were identified: ‘Emotional support & interaction - focused’, ‘Health problem solving – focused’. From the findings of this study, the patterns of crisis adaptation experiences of LDLT family were revealed. This study can be utilized to lay the foundation for the development of services that can provide family-centered intervention to the LDLT family. Also, by analyzing the patterns of family crisis adaptation and letting the family know their patterns, nurses can help family find a balance of family cohesion and family adaptability. Collaborative care plan for LDLT family to increase the family resilience for developing family problem solving skills and Family interaction is needed. 국내의 장기이식은 생체 이식이 뇌사자 이식보다 빈번하게 이뤄지며 그중에서도 혈연 생체 이식이 특이적으로 높은 비율을 차지한다. 특히 혈연 생체 간 이식의 경우 98% 이상이 친족 내에서 발생하며 기증자와 수혜자가 부모 자식 관계로, 한 가족 내에서 발생하는 경우가 가장 많았다. 혈연 생체 간이식 경험은 가족 위기 상황으로 가족 전체에게 영향을 미치므로, 이들의 위기 적응 경험의 패턴을 규명하여 각 패턴에 적합한 가족 맞춤형 간호를 제공하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 혈연 생체 간이식 가족이 어떻게 위기 상황에 적응하고 있는지 알아보기 위하여 다중사례연구를 수행하였다. 연구사례는 혈연 생체 간이식 후 입원해있는 6 사례의 가족으로, 자료수집 기간은 2022년 10월 5일부터 11월 2일까지 심층 인터뷰와 설문지를 통해 이뤄졌다. 본 연구에서는 다중사례연구 방법에 기초하여 면담 자료와 도구 점수를 통합해 사례를 통합적으로 분석하였다. 각 사례 내 주제를 제시하고, 사례 간 비교 분석을 통해 유사점 및 차이점을 파악하여 혈연 생체 간이식 가족의 위기 적응 경험을 설명할 수 있는 패턴을 도출하였다. 도출된 패턴은 정서적 반응 및 교류 중심형, 건강문제 해결 중심형이다. 정서적 반응 및 교류 중심형 가족은 간이식이라는 가족 위기 상황에서 서로 감정을 공유하고 지지하여 위기에 적응한다. 건강문제 해결 중심형은 가족 위기 상황에서 서로의 감정을 배제하고 신체적 증상 및 건강 문제의 해결에 초점을 둔다. 본 연구 결과를 토대로 혈연 생체 간이식 가족의 위기 적응 경험의 패턴에 따라 적절한 가족 맞춤형 간호가 제공되어야 한다. 정서적 반응 및 교류 중심형 가족을 위해 가족 극복력 증진 프로그램을 적용하여 가족의 문제해결 능력을 향상하도록 도와야 하며, 건강문제 해결 중심형 가족을 위해 가족 역할극 혹은 가족 단위 심리상담 프로그램 적용을 통해 가족의 정서적 교류를 증진 시킬 수 있는 간호 중재를 적용해야 한다. 또한 간이식 가족처럼 가족 위기를 겪는 가족에게 위기 적응 패턴을 적용하여 가족 맞춤형 간호를 제공하는 후속 연구가 수행되어야 할 것이다.

러닝 용품 만족도가 러닝 참여 만족도 및 러닝 참여 욕구에 미치는 영향

황다빈 서울대학교 대학원 2020 국내석사

소득 수준 향상과 주 52시간 근무제에 따른 여가 확대로 참여 스포츠 인구가 증가하고 있다. 참여 스포츠 인구가 증가하며 파생 시장에 해당하는 용품·설비 시장의 경제적 규모가 커지고 있지만 스포츠 용품이 스포츠 참여에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 부족한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 대표적인 참여 스포츠 종목인 러닝을 대상으로 용품에 대한 만족이 해당 종목의 참여 만족과 참여 욕구에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 한다. 본 연구는 스포츠 용품 만족도가 스포츠 참여 만족도 및 스포츠 참여 욕구에 미치는 영향력을 분석하고자 하였다. 이러한 연구 목적을 달성하기 위해 러닝의 동호회원을 대상으로 온라인 설문을 실시하였다. 러닝 용품 만족도, 러닝 참여 만족도, 러닝 참여 욕구를 측정하기 위한 설문지를 구성하였으며 총 311부를 최종 자료 분석에 사용하였다. 자료 분석을 위해서는 SPSS 25.0을 활용한 기술 통계 분석, 신뢰도 분석, 상관관계 분석, 회귀 분석을 실시하고 AMOS 26.0을 활용한 타당도 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 러닝 용품 만족도가 높을수록 러닝 참여 만족도에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 러닝 용품 만족도의 하위 요인 중 미적 기준, 유용성 기준, 기능 및 품질에 대한 만족이 높을수록 참여자의 러닝 참여 만족도가 높았다. 둘째, 러닝 용품 만족도가 높을수록 러닝 참여 욕구에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 러닝 용품 만족도의 하위 요인 중 미적 기준, 유용성 기준에 대한 만족이 높을수록 참여자의 러닝 참여 욕구가 높았다. 그러나 러닝 용품 만족도와 러닝 참여 욕구 관계에서 러닝 참여 만족도의 매개 효과는 나타나지 않았다. 셋째, 러닝 참여 만족도가 높을수록 러닝 참여 욕구에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 러닝 참여 만족도의 하위 요인 중 심리적 요인, 교육적 요인, 휴식 요인에 대한 만족이 높을수록 참여자의 러닝 참여 욕구가 높았다. 넷째, 인구 통계학적 특성 및 러닝 관여도에 따라 러닝 용품 만족도, 러닝 참여 만족도, 러닝 참여 욕구는 차이가 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 러닝 용품 만족도가 높을수록 러닝 참여 만족도와 러닝 참여 욕구가 높아지는 것으로 나타났다. With the growth of income levels and the 52-hour workweek, the population of sports has been increased. As the sports population increases, the size of sports derivative markets such as the sporting goods and merchandising market grows, but there is a lack of research on how the satisfaction of sporting goods affects sports participation. Accordingly, this study aims to find out how running satisfaction affects running participation satisfaction and running commitment. The purpose of this study was to analyze the effect of sporting goods satisfaction on sports participation satisfaction and sports commitment. In order to achieve this purpose, an online questionnaire was conducted for running club members. A questionnaire for measuring running goods satisfaction, running participation satisfaction, and running commitment was constructed. A total of 311 copies were used for final data analysis. For data analysis, descriptive statistical analysis, reliability analysis, correlation analysis, regression analysis using SPSS 25.0, and validity analysis using AMOS 26.0 were conducted. The results were as follows: First, the higher running goods satisfaction, partially the more positive effect on running participation satisfaction. Among the sub-factors of running goods satisfaction, the higher the satisfaction with the aesthetic criteria, usefulness criteria, performance and quality, the higher running participation satisfaction. Second, the higher running goods satisfaction, partially the more positive effect on running commitment. Among the sub-factors of running goods satisfaction, the higher the satisfaction with the aesthetic criteria, usefulness criteria, the higher the running commitment. Third, the higher running participation satisfaction, partially the more positive effect running commitment. Among the sub-factors of running participation satisfaction, the higher the satisfaction with the psychological factor, educational factor, relaxation factor, the higher running commitment. As a result, the higher running goods satisfaction, the higher running participation satisfaction and running commitment.

시노달리타스 실현을 위한 사목신학적 고찰

황다빈 대구가톨릭대학교 대학원 2023 국내석사

Today’s Catholic Church is called upon to practice ‘synodality.’ The synodality that the church wants to live is understood as “a journey that God’s people walk together.” The process of this journey for realizing synodality can be seen in the current church as it is preparing for the 16th Synod of Bishops in 2023. Currently, the Catholic Church is walking a synodal journey from the bottom up at the local individual church level. Synodality is about all the activities of the church as it carries out and fulfills its mission and essence, making towards its destination. In this respect, all pastoral care of the church is synodal. The church has a missionary mission to build the kingdom of God in the world. For the pastoral activity of the church to achieve this goal, it is necessary to gather opinions from the people of God and go through a series of discernment processes, followed by a decision that determines the direction for the mission. In order to live out the mission and essence of the church, its pastoral care must be synodal. The church must practice Trinitarian communion and emptiness of self, and it must also bring a communal and universal renewal to the whole member, not just to a specific class. In particular, the involvement and active participation of the faithful will be the main measure to evaluate how effectively this journey is carried out in the spirit of synodality. The reason is that a church that walks together with the people of God is a church in which they all participate. In addition, the church requires participation of all members within the boundary that encouraging the laity to participate should not lead to substitutionism, such as secularism. To implement this successfully, formation and education are needed for all members. All the people of God should be able to discern and be aware of the mission and essence of the church. The church also must be reborn as a community that listens attentively in the spirit of humility. A community that listens in the spirit of humility is not a biased community that only listens to one side. This suggests that the church must walk its own path and walk together in its own place within the hierarchical division, avoiding indifferentism and secularism. The parish community is the smallest administrative institution of the church where the people of God can be formed to cooperate in activities and mission of the church, and participate practically on this journey. Furthermore, the parish community lies within the communion of the universal church and the individual church, and it plays a role of a field hospital that bears witness to Christian communion on this earth. In order to perform this role properly, the most important things are the active interest and consideration of the pastors to listen and discern and their will to walk together, and the active cooperation of the lay faithful. Although all the organizations and members of the church must make an effort to listen and discern, the parish community is especially responsible for this effort as it is the place where the lay faithful, the majority of the people of God, live. The parish community that lives in synodality will become a community that makes communion under the light of the Gospel and the guidance of the Holy Spirit. Based on that communion, it will accomplish its mission and become the light and salt of the earth. In this sense, taking interest and consideration for the parish community is necessary all the more on this church's journey to practice synodality. The church already has had and lived the institutions, traditions, and ecclesial spirit that can practice synodality. However, when the essential values and components of the church were confused with other relative values and lost its upper hand in disorder, and when only certain ones were emphasized, the church lost its ecclesiastical identity. The church was most ecclesiastical when active participation from all hierarchical levels took place. The authority of the church is for service, and when the church lowers itself in service, it acts as one that walks together and one that listens. Synodality helps us to live the life of this church. This spirit is not to create a new church, but to live the church ‘newly