제브라피쉬 배아와 인간 줄기세포를 이용한 미세플라스틱의 신경발달독성 및 후생유전독성 연구

임정은(Jeongeun Im),이연우(Yeonwoo Lee),최진희(Jinhee Choi) 환경독성보건학회 2021 한국독성학회 심포지움 및 학술발표회 Vol.2021 No.5

최근 미세플라스틱이 공기, 바다, 강 및 토양을 포함한 모든 환경에서 발견되고 있어 어류를 비롯한 다양한 수생 생물과 인체에 미칠 수 있는 영향에 대한 연구가 활발하게 되고 있다. 이 연구에서는 생애 초기 단계에 미세플라스틱 노출이 미치는 신경발달 및 후생유전 독성을 관찰하기 위해 제브라 피쉬 배아와 인간 줄기세포 (H9-ESC, iPSC derived NSC)를 이용하여 실험을 수행하였다. 먼저, 인간 줄기세포를 이용하여 다양한 플라스틱의 종류와 크기 (PS, PE, PP/0.1, 1, 10 μm)에 따른 줄기세포의 세포 독성을 MTS assay를 통해 관찰하였다. 그리고 배아 줄기세포를 이용한 3D 배아체(Embryoid Body) 형성 실험을 통해 미세플라스틱의 노출이 배아체 발달에 미치는 신경 및 발달독성을 배아체 크기 및 발달 마커 유전자 (NANOG, OCT4, PDGFR-α, PAX6) 발현을 확인하여 분석하였다. 제브라 피쉬 배아를 이용한 실험은 생애초기 발생단계 5일 동안 미세플라스틱을 노출한 뒤 제브라피쉬 치어에 광·암주기를 주어 행동량 측정으로 확인하였다. 또한 미세플라스틱이 신경 및 발달 독성과 동시에 후생유전적 영향을 미치는지 확인하기 위해 후생유전 마커인 유전자 메틸화 분석을 통해 확인하였다. 플라스틱의 종류와 크기에 상관없이 유의미한 세포독성을 보이지 않았으나 배아체 형성실험에서는 플라스틱 노출에 의해 발달 크기 및 발달 마커 유전자 발현에 차이를 보였다. 제브라 피쉬치어는 PS 1 μm에서 광주기에 이상 행동량을 보이고 암주기에는 행동량이 감소하는 결과를 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 토대로 미세플라스틱의 잠재적인 생애 초기 신경발달독성이 확인되었다. 이번 연구의 글로벌 유전자 메틸화 결과에 기반하여 신경발달 마커 유전자를 대상으로 특정 유전자의 메틸화 분석을 통해 미세플라스틱이 미치는 신경발달 독성과 후생유전적 영향을 연구할 계획이다.

주성분 로지스틱 회귀분석을 이용한 암 발생 관련 유전자 탐색

강길모,김규곤,강창완 한국자료분석학회 2014 Journal of the Korean Data Analysis Society Vol.16 No.3

후생유전학(epigenetics)에서 DNA 메틸화 측정은 암 발생 연구에 매우 중요한 역할을 하고 있으며 여기서 얻어지는 메틸레이션 비율데이터는 암 발생 관련 유전자 탐색의 핵심데이터이다. 왜냐하면 암환자 유전자의 메틸레이션 비율은 정상인과 다르게 나타나며 메틸화 이상이 암의 주요 발생 원인으로 밝혀졌기 때문이다. 본 연구의 목적은 이러한 암 관련 유전자 탐색 방법의 또 다른 접근 방법을 제시하는데 있다. 본 연구에서 사용한 메틸레이션 데이터는 약 92,609개의 유전자에 대한 데이터로서 다음과 같은 분석 절차를 제시하였다. 분석 1단계로 먼저 K-means 군집분석을 실행하여 정상인과 암환자를 구분 짓는 유전자 1390개를 걸러내었다. 그리고 나서 탐색적 분석을 보완하기 위해 다시 통계적 유의성을 지닌 유전자를 Mann-Whitney 검정을 이용하여 최종 암 발생 영향 유전자로 132개를 선택하였다. 마지막 단계로 주성분 로지스틱 회귀분석을 실시하여 영향 크기별 유전자를 발견 할 수 있었다. In the area of epigenetics, DNA methylation analysis plays an important role for detecting cancer genes. The methylation ratio data is used for exploring the cancer genes because the methylation value of cancer patients is different from the values of normal persons. In this study, we used the methylation data of 92,609 genes and performed the K-means clustering. We found the 1390 genes which differentiate the cancer patients from the normal persons. But this results have no statistical significances. Then we reperformed the Mann-Whitney tests. As a result, we finally found the 132 genes for affecting the cancer. Moreover we could find the important index of genes through the principal component logistic regression.

조현병에 대한 유전학연구의 최신현황

정희정,이병대,박제민,이영민,문은수 대한조현병학회 2013 대한조현병학회지 Vol.16 No.1

이러한 유전(gene), 환경(environment), 나이(age), 성(sex)이라는 변수인자(variable)가 어떻게 조현병을 포함한 다양한 정신의학적 표현형을 이룰것이냐 하는 문제는 결국에는 물리적 과학의 언어일수 있는 수학적 규명의 영역으로 갈수도 있을것이다. 이러한 방정식(equation)을 푸는 과정은 신의 영역에 도전하는 인간의 노력에 비유될수도 있을것이다. 그밖에도 에너지학-에너지 유전체학(Energyomics-energe-nomics), 미토콘드리아 연구의 전사적 접근(Translational Ap-proaches to Mitochondrial Research), 흔한 질환의 미토콘드리아적 원인(A mitochondrial etiology of common diseases), 면역유전학 및 정신내분비학(Immunogenetics : Psychoneu-roendocrinology), 진화유전학(Evolutionary Genetics), 통계유전학(Statistical Genetics), 생명통계학/생명정보학(Biosta-tistics/Bioinformatics), 약물유전체학(Pharmacogenomics), 유전자에 대한 소유권문제(Owning the Genome) 등의 많은 이슈들이 제기된다. 유전적 위험도에 대한 예측(Genetic risk prediction) 및 유전적 성과를 바탕으로 한 새로운 치료법의 개발(Development of novel therapeutics)은 개인형 맞춤 진단과 치료의 이른 전망(Prospects for personalized interventions and therapeu-tics)도 낳게한다. Schizophrenia is a devastating mental illness that can lead to deterioration in the social and occupational functioning of affected individuals with a major cost to society. A wide range of studies suggest a genetic component to the inheritance of schizophrenia. The molecular genetic studies on schizophrenia have been actively performed since late 1980s. In linkage studies, no loci were replicated across studies and there were no loci surpassing genome-wide significance. Candidate gene association studies showed generally inconsistent results and there were no enrichment of smaller P-values. In the GWAS era, the community has coalesced into large international consortia. The largest schizophrenia GWAS to date is 50,000 samples and efforts are ongoing to accumulate 50,000 cases and 50,000 controls as part of ‘PGC2’ collaboration. With the limitation of GWAS results, several alternatives are being explored. In genotyping, the concepts of allelic spectrum including from common polygenic to rare penetrant variation are emerging. Phenotypes include all phenomena beyond DNA. The developments in transcriptomic & proteomic approach and intensive research on endophenotype will bring crucial insights into the nature of schizophrenia in the future. But there still remains our task about research on many factors including environment that influence gene expression (epigenetics), age, and gender.

조기유해경험에 의한 우울증 발병의 후생유전학적 기전

서미경,이정구,박성우,이봉주,김영훈,백준형 대한정신약물학회 2014 대한정신약물학회지 Vol.25 No.3

Depression is a common mental illness with a high lifetime prevalence rate in the general population. However, the pathophysiologyof depression is still poorly understood. Recent studies showed that environmental factors can affect gene expressionby modifying epigenetic factors. Early life stress (ELS) is likely a risk factor of lifetime vulnerability to stress and developmentof depression. ELS or stressful lifetime can induce changes in gene expression through epigenetic mechanism,such as DNA methylation or histone modification. In this article, recent researches on the epigenetic mechanisms of depressionwill be discussed. 질병부담이 높은 질환 중의 하나인 우울증은 자살과 같은심각한 결과를 초래한다. 일반적으로 우울증의 병태생리학적가설로 단가아민 가설이 잘 알려져 있지만 우울증과 항우울제들의 작용 기전이 구체적으로 잘 알려져 있지 않다. 최근에후생유전학에 대한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 연구 결과들을 통해 우울증의 분자세포학적 기전에서 더 나아가 분자유전학적 접근이 확장되어야 한다. 후생유전 연구는 임상연구와 동물실험의 통합적 연구로 인해 우울증의 발병과 치료기전에 대한 이해를 정확하게 규명하고 이로 인해 좀 더 효과적인 약물을 개발하는 데 이론적인 자료를 제공해 줄 것으로 사료된다.

아동기 외상에서 FK506 Binding Protein 5의 유전자 환경 상호작용과 후생유전적 조절

주열(Yeol Joo) 대한생물치료정신의학회 2014 생물치료정신의학 Vol.20 No.1

It is well known that trauma during childhood significantly increases risk for posttraumatic stress disorder(PTSD), other mood and anxiety disorder in adulthood. Childhood trauma is known as altered regulations of the HPA axis in adulthood. Considering the importance of the HPA system in the etiology of PTSD, the effect of childhhood trauma on adult with PTSD and other psychiatric disorders may be mediated by dysregulation of the HPA axis. Recently, it has been recognized that for the development of PTSD, complex interplay between genetic predisposition and environmental factors plays crucial roles. FKBP5, which is a HSP90-associated co-chaperone, regulates sensitivity of glucocorticoid receptor. Multiple studies replicated the findings that interaction of FKBP5 genetic variants and childhood trauma significantly increased the risk of adult PTSD, suicide attempt and aggressive behaviour. Recent studies suggest that in specific risk allele of FKBP5 single nucleotide polymorphism(SNP), 3D conformational change of intron increases the expression of FKBP5 in response to stress. In addition, the model which explains the difference of epigenetic modulation of FKBP5 between risk allele and protective allele has been proposed. The findings that in FKBP5 SNP risk allele, relative irreversibility of cytosine demethylation by environmental factor occurs only in developmentally vulnerable period, may shed light on molecular underpinnings of long lasting effect of childhood trauma.

우울증의 후생유전적 기전의 역할

김재원,윤봉준,Kim, Jae-Won,Yoon, Bong-June 대한생물정신의학회 2011 생물정신의학 Vol.18 No.4

Major depression is a devastating disorder of which lifetime prevalence rate is as high as up to 25% in general population. Although the etiology of the disorder is still poorly understood, it is generally accepted that both genetic and environmental factors are involved in the precipitation of depression. Stressful lifetime events are potent precipitating environmental factors for major depression and early-life stress is in particular an important element that predisposes individuals to major depression later in life. How environmental factors such as stress can make our neural networks susceptible to depression and how those factors leave long-lasting influences have been among the major questions in the field of depression research. Epigenetic regulations can provide a bridging mechanism between environmental factors and genetic factors so that these two factors can additively determine individual predispositions to major depression. Here we introduce epigenetic regulations as candidate mechanisms that mediate the integration of environmental adversaries with genetic predispositions, which may lead to the development of major depression, and summarize basic molecular events that underlie epigenetic regulations as well as experimental evidences that support the active role of epigenetic regulation in major depression.

명상의 의학적 적용

이강욱 동국대학교 종학연구소 2019 宗學硏究 Vol.2 No.-

명상과 마인드풀니스는 이미 대표적인 의학 용어 사전인 MeSH 용어로 등재되어 있고, 현대 의료 체계 내에서 건강과 웰빙에 초점을 맞춘 접근법을 강조하면서 정신적, 정서적, 기능적, 영적, 사회적, 공동체적 요소를 통합적으로 고려하는 의료서비스의 한 분야로 공식적인인정을 받고 있다. 최근 미국 통계에 따르면 대표적인 보완대체의학서비스 중에서도 명상이 요가나 카이로프렉틱에 비해 이용률의 매우가파른 증가세를 보이고 있다. 또 코크란 라이브러리, 임상시험등록사이트, Pubmed 등 주요 의학 관련 데이터베이스 통계를 살펴보면 명상을 주제로 한 의학 연구 숫자도 최근 10년 간 폭발적인 증가세를 보이고 있다. 명상에 의한 신경생물학적 변화는 유전자, 뇌 구조 및 기능, 신경심리학 등의 영역별로 명확하게 밝혀지고 있다. 명상은 후생유전자의 변화를 통해 만성 스트레스로 인한 염증성 반응이나 질환의 위험성을 현저히 낮출 것으로 보이고, 텔로미어 길이 변화로 건강한 노화를 기대할 수 있게 한다. 뇌영상 기법을 이용한 명상 연구에서 전두극 피질, 감각 피질, 섬엽, 전방 및 중앙 대상회피질, 해마, 안와전두피질, 상세로다발, 뇌량 등이 주요 변화 부위로 밝혀지고 있다. 대규모 종단 연구인 ReSource Project와 수천 건의 기능적 자기공명영상 결과의메타분석 엔진인 Neurosynth에 의한 연구 결과도 주목할 만하다. 또한마인드풀니스 명상은 주의력, 감정 조절, 자기 자각 능력의 향상을 가져온다고 보고되고 있다. Meditation and mindfulness are already listed in the MeSH list, and are officially recognized as a field of medical services that collectively consider mental, emotional, functional, spiritual, social and community factors, emphasizing an approach focused on health and well-being of people within the modern medical system. According to recent U.S. statistics, meditation among the leading complementary alternative medicine services shows a very steep increase in utilization rates compared to yoga and chiropractic. Also, in the major medicine-related database such as the Cochrane Library, ClinicalTrials.gov Archive, and Pubmed, the number of studies under the theme of meditation has been on an explosive increase over the past decade. Neurobiological changes by meditation have been clearly identified in the fields of genes, brain structure and function, and neuropsychology. Meditation is expected to significantly reduce the risk of inflammatory reactions or inflammatory diseases due to chronic stress through changes in the epigenome, to enable healthy aging with changes in telomere length. Studies using brain imaging techniques have shown that the frontopolar cortex, sensory cortices, insula, anterior and middle cingulate cortex, hippocampus, orbitofrontal cortex, superior longitudinal fasciculus, corpus callosum. ReSource Project by Max Planck Institute and Neuroynth, a meta-analysis engine of thousands of functional magnetic resonance imaging results, are also noteworthy. It is also reported that mindfulness meditation results in improved attention, emotional control, and self-awareness.

정신분열병에 대한 분자유전학적 연구의 현황과 앞으로의 방향

이병대(Byung Dae Lee) 대한생물치료정신의학회 2005 생물치료정신의학 Vol.11 No.2

Schizophrenia is a devastating mental illness that can lead to deterioration in the social and occupational functioning of affected individuals with a major cost to society. A wide range of studies suggest a genetic component to the inheritance of schizophrenia. The molecular genetic studies on schizophrenia has been actively performed since late 1980s. In linkage studies, three of the best-supported regions are 6p24-22, 1q21-22 and 13q32-34. In association studies, serotonin 5HT2a receptor(5HT2a) and dopamine receptor genes have been studied mainly functionally. Of positional candidate genes, dysbindin(DTNBP1) and neuregulin 1 (NRG1) are two most promising candidate genes till now. The developments in transcriptomic & proteomic approach and intensive research on endophenotype will bring crucial insights into the nature of schizophrenia in the future. But still there remains our task about research on many factors including environment that influence gene expression (epigenetics).

인간 신경줄기세포 및 배아줄기세포를 이용한 미세플라스틱의 발달독성 및 후생유전독성 연구

임정은,강건,김현우,최진희 환경독성보건학회 2022 한국독성학회 심포지움 및 학술발표회 Vol.2022 No.10

먹이에 따른 파밤나방 발육과 DNA 메틸화 변이

김태형,김용균 한국응용곤충학회 2015 한국응용곤충학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.10

곤충 생리현상의 가소성은 후생유전적 변화와 밀접하게 관련을 지을 수 있다. 이 가설을 증명하기 위해 광식성인 파밤나방(Spodoptera exigua)을 대상으로 상이한 먹이 조건에 따라 이 곤충의 발육과 DNA 메틸화에 영향을 주는 지 분석하였다. 동일한 코호트로 부터 얻은 갓부화한 유충을 최종령에 이르기까지 세 가지 다른 먹이(대파, 배추, 인공사료)로 섭식 처리하였다. 이 결과 상이한 먹이 조건에 따라 유충발육속도, 용화율 및 우화율에서 뚜렷한 차이를 보였다. 인공사료로 사육된 유충이 가장 빠른 유충발육속도와 높은 용화율 및 우화율을 나타냈다. 반면에 두 자연 기주 가운데는 대파가 배추에 비해 파밤나방 발육에 양호하였다. 이러한 먹이에 따른 변이는 혈림프 단백질 및 혈당에서도 차이가 나타났다. 또한 발육과 연계되었을 것으로 추정되는 인슐린유사펩타이드(SeILP1) 유전자의 발현 정도도 먹이조건에 따라 상이했다. 단일항체를 이용하여 파밤나방 게놈 DNA의 시토신 메틸화를 분석한 결과 이 부위에 DNA 메틸화가 검출되었으며, 메틸화 정도는 먹이 조건에 따라 상이했다. 이 결과들은 동일 집단의 파밤나방이 상이한 먹이 조건에 따라 발육차이를 나타내고 또한 시토신 메틸화에 변이를 보여 이 곤충의 생리적 가소성에 후생유전적 인자가 작용하고 있는 것을 제시한다.