비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 박종복
• 주관연구기관 : 틸스텍
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 전기차;2차전지;방열시트;흑연;구리; 2. electric car;2nd battery;Radiation sheet;Graphite;Cupper;

□ 연구개요 본 연구에서는 높은 광발광 양자수율, 좁은 반치폭 및 높은 전하 이동 특성으로 태양전지, 방사선 검출과 영상 분야에서 강력한 후보물질로 연구되고 있는 페로브스카이트양자점를 치료방사선분야에서 방사선 검출기로써 활용가능성을 연구함. 이를 위해 양자점이 도핑된 유기액체신틸레이터를 제작하였으며 방사선에 대한 섬광학적 특성을 확인함. 브롬과 톨루엔 그리고 유기분자를 조합한 액체신틸레이터에서 방사선에 대한 반응성이 가장 우수하였으며 해당 샘플에 대한 선량학적특성에 대하여 연구하였으며 환자치료 정도관리를 위한 2차원 및 3차원 방사선량 측정에 대한 활용가능성에 대한 연구를 수행함. □ 연구 목표대비 연구결과 페로브스카이트 양자점(CsPbX3, X= Br, I, Cl), 유기분자(PPO)와 무극성용매(Cyclohexane, Toluene, Octane)를 혼합하여 기존 Core/shell 구조 양자점 및 페로브스카이트 양자점 대비 섬광효율이 우수한 유기액체신틸레이터 개발하였음. 치료방사선에 대한 양자점 할로겐화물 조성비, 용매의 종류 및 유기분자 비율에 따른 반응성을 확인, 반응성이 우수한 샘플에 대한 물리적·광학적 특성연구를 수행하였음. (균일성, 노화도, 방사선에 대한 내구성, Quenching 효과 등) 치료방사선 분야의 다양한 방사선 조사 조건에 따른 선량계 특성 측정을 위해 섬광신호를 집적할 수 있는 테프론에 광섬유를 연결하여 제작된 신틸레이터의 섬광신호 수집시스템을 구축하였음. 방사선량에 대한 섬광신호의 선형성 및 포화정도, 분당선량률, 방사선의 종류(Photon & electron), 선질에(4 - 15 MV, 6 - 20 MeV) 따른 섬광신호 특성 측정하였고 치료방사선에 대하여 제작된 양자점 선량계와 이온전리함등 상용선량계의 비교를 통한 선량 측정 정확도 및 실무활용성을 평가하였으며 50Gy 미만의 방사선에 대해 선형성과 재현성을 확인하였고 이후 선형적으로 섬광신호 감소함을 확인하였음. Charge-Coupled Device(CCD) 및 Plenoptic Camera를 이용하여 2D 및 3D dosimetry를 위한 측정기구 제작 및 분석 프로토콜 수립하였고 이를 활용하여 치료용 전자선형가속기에서 신틸레이션 영상획득·영상평가를 수행하여 선량평가 시스템을 구축하였음. 양자점이 용해된 신틸레이터를 이용하여 획득된 2차원 영상의 선량변환, Gamma evaluation 방법을 이용한 치료계획 선량과 비교·평가, EPID를 이용한 Portal dosimetry 방법과 비교를 통하여 임상적 활용가능성 평가를 수행하였으며 Plenoptic 카메라를 이용한 3D 차원 선량측정방법 개발·측정시스템 구축 및 임상활용가능성 평가를 수행하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 페로브스카이트 양자점과 유기물질을 혼합하여 저단가, 고효율, 대량생산이 가능한 유기액체신틸레이터를 제작되었으며 이에 대한 방사선에 대한 선량계적 특성을 연구함으로써 기존 상용 선량계보다 편의성이 높고 실시간 선량측정이 가능하며 2차원 및 3차원 방사선량 측정이 가능한 액체섬광체를 개발하였음. 특히 연구된 2차원 및 3차원 선량측정은 방사선치료영역 전반에 대한 방사선 전달정도를 확인가능하도록 하고 측정에 대한 단가를 낮추어 방사선치료 질을 향상 및 경제적이득이 있을것으로 기대함. 저단가·고효율로 태양전지분야에서 핵심미래기술로 연구되고있는 페로브스카이트 양자점기술과 유기물을 혼합한 형태의 방사선량측정방법은 기존기술보다 광효율이 8배이상 우수하기 때문에 저선량의 방사선까지 측정가능하고 다양한 방사선검출산업 분야에서 활용 가능할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김성우
• 주관연구기관 : 서울아산병원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선치료;방사선량측정기;페로브스카이트 양자점;유기신틸레이터;선량측정기기; 2. Radiation therapy;Radiation dosimeter;Perovskite quantum dot;Organic scintillator;Dosimetry device;

연구개요 본 과제는 위성과 지상에서 측정한 기상 데이터를 모두 이용하여 대기권을 통과하여 지표면 도달하는 일사량(solar irradiance)을 예측(forecast)하는 태양복사모델(solar radiation model)을 기계 학습(machine learning)과 연계하여 연구하고, 예측한 일사량으로 태양에너지(solar energy) 발전량을 예측하는 것을 목표로 한다. 국내에 적합하도록, 기상 데이터와 일사량 사이의 상관관계를 기반으로 하는 통계적 태양복사모델과 기상 데이터를 입력 변수로 하면서 복사 전달 방정식의 해를 구하는 물리적 태양복사모델을 개발한다. 기존의 통계적 모델과 물리적 모델에 기계 학습 방법을 적용하여 일사량의 예측 시간 범위, 시공간의 해상도, 예측 정확도를 향상할 수 있도록 태양복사모델을 연구한다. 연구 목표대비 연구결과 일사량 예측에서 널리 사용되는 통계적 모델과 물리적 모델을 이용하여 현재 수준에서 태양복사모델의 특성을 이해하고 장단점을 분석하였다. 하늘 영상 기반 모델, 위성영상 기반 모델, 수치 해석 모델의 모든 경우에 대해 기계 학습을 적용함으로써 분, 시간, 일의 다른 시간 스케일에 적용이 가능한 미래 일사량 예측 모델을 개발하였다. ANN(artificial neural network), LSTM(long short-term memory), GRU(gated recurrent unit), SVR(support vector regression), RF(random forest) 등 다양한 기계 학습 알고리즘을 검토한 후, 시계열 데이터에 적합한 LSTM이나 GRU 같은 딥러닝(deep learning)이 일사량 예측에 더욱 효과적인 것을 증명하였다. 태양차단지수(sun blocking index)라는 새로운 변수를 제시하였고, 기계 학습의 입력 변수 및 하이퍼 파라미터 최적화를 통해 예측 정확도가 향상됨을 증명하였다. 예측 결과는 측정 결과와 비교하고 RMSE(root mean square error)와 MBE(mean bias error) 같은 오차 척도를 산출하여 기계 학습에 의한 예측 정확도 개선을 정량적으로 파악할 수 있도록 하였다. 몇 분 앞선 일사량 예측에서 RMSE는 대략 10~20%이고, 몇 시간 앞선 예측과 며칠 앞선 예측에서는 각각 RMSE 20~30%와 30~40% 수준으로 개선되었다. 전반적으로, 기계 학습 방법이 일사량 및 태양광 발전량 예측에서 정확도를 높였고, 특히 MBE 개선에 효과적으로 나타났다. 태양광 발전량 예측에서 일사량 예측의 중요성을 확인하였고, 기계 학습을 통해 특정 지역 및 시스템에 적합한 데이터를 더욱 정확하게 산출할 수 있음을 증명하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 과제를 통해 개발한 일사량 예측 기술은 다양한 에너지 관리 시스템(energy management system)에 활용할 수 있다. 국가 전력망 관리에서는 태양광 발전량 예측하면 전기 수요와 생산을 안정적으로 제어하고 급격한 전력 변동에 대처할 수 있다. 건물 및 자동차의 에너지 관리에서는 일사량에 따른 에너지 수요 변화를 예측하여 예비 공조, 수요 분산과 같은 효율적인 수요 관리를 적용할 수 있다. 이를 통해 전 세계적으로 패러다임의 변화를 겪고 있는 에너지 시장에서 경쟁하는 국내 업체에게는 기술력 향상에 도움을 주고, 재생에너지 확산을 촉진함으로써 온실가스 감축 및 기후 변화 대응에 적극적으로 참여하는 국가 이미지 제고에 기여할 수 있다. 학문적으로는 국내에서 태양복사모델에 관한 연구가 부족한 상황에서 기초연구의 다양성을 확대하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 기계학습기술을 태양복사모델과 연계함으로써 향후 급격히 발전하는 기계학습기술의 성과를 태양에너지 기술까지 확대 가능한 학문적 교두보를 마련할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이현진
• 주관연구기관 : 국민대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 태양복사모델;기계학습;일사량;태양에너지 발전량;예측; 2. solar radiation model;machine learning;solar irradiance;solar energy generation;forecast;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 본 연구는 기존 탄소강으로 제조되었던 방사성폐기물 이동용기와 영구저장소의 저장용기를 콘크리트로 단일화하기 위한 기초 연구에 해당함. ◼ 전체 내용 1-1 방사능 차폐에 요구되는 콘크리트의 물리 및 화학적 특성 검토 1-2 실험 및 해석의 동시수행을 통한 콘크리트 차폐성능 분석 2-1 방사성폐기물의 이동 및 영구저장을 위한 차폐용 콘크리트 저장용기 설계 2-2 차폐용 콘크리트 용기의 성능평가 및 기법개발 3-1 차폐용 콘크리트 용기의 자유낙하 및 적층시험을 통한 안전성 평가 □ 연구개발성과 ‐ 콘크리트의 물리적 특성에 기반한 차폐성능 평가 시뮬레이션 기법 도출(시뮬레이션 신뢰성 96% 달성) ‐ 중-저준위 방사성폐기물을 위한 이동 및 영구저장 용기 단일화를 위한 공정의 간소화 가능성 제시 ‐ 국제원자력기구(IAEA) IP-2 type 기반 용기 설계방법 및 안정성 평가기법 제공 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ‐ 향후 원자력 발전소 건설 시 콘크리트의 배합선정 및 차폐율 선정 시 적용 ‐ 기존 발전소 내 저장된 중-저준위 방사성폐기물의 이동 시 이동 용기 제안 가능 ‐ 방사성 물질의 개별 차폐를 위한 콘크리트 활용가능성 제시 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김학영
• 주관연구기관 : 한국방재안전기술
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사성폐기물;차폐콘크리트;방사성폐기물 이동용기;방사성폐기물 영구저장; 2. Radioactive waste;Radiation shielding concrete;Transportable container of radioactive waste;Permanently storable of radioactive waste;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 o 보유기술: 자기장-방사선 융합 암 치료기 (세계최초) - 기존 방사선치료 대비 정상조직 부작용 30% 감소 확인 - 상용화 위해 환자별 상이한 치료 조건에 대해 맞춤 선량조절 기술이 필요 o 필요기술 : 데이터 기반 자기장-방사선 선량조절 시스템 - 자기장 및 방사선의 다양한 조건에 대해 몬테카를로 시뮬레이션 반복 수행, 선량조절 결과를 데이터베이스로 구축 - 임의의 자기장-방사선 융합 치료 설계 시 AI 데이터 추출로 선량조절 결과 도출 - 자기장-방사선 융합 선량조절 분석 결과를 시각적으로 구현 o 목표 제품: 자기장-방사선 융합 암 치료 시스템 (세계최초) - 환자별로 개인화된 맞춤 자기장-방사선 융합 치료를 제공 - 사용자에게 선량조절 분석 결과 디스플레이를 제공 ◼ 전체 내용 o 기업 보유기술: 자기장-방사선 융합 암 치료기 - 저강도(< 0.5 T) 자기장을 이용한 방사선 조절 암 치료 개념 고안 및 기초 기술 개발 (서울아산병원, 세계 최초), ㈜ 라덱셀 법인설립 및 기술이전 - 자기장-방사선 융합 치료 개념 특허 보유 (한국, 미국, PCT) - 시제품: 기존 방사선치료 장비에 결합 가능한 모듈형 시스템 - 시제품 기술 구성: 자기장 발생 장치, 자기장 조절 구동 장치, 자기장 및 방사선 선량조절 설계 및 분석 - 성능 검증 시험 완료: 표준 조건에서 기존 방사선치료 대비 암에 인접한 정상조직의 부작용 30% 감소 확인 (세계 최초) - 상용화 필요조건: 환자별로 상이한 암 및 정상조직 구조에 대해 자기장-방사선 융합 치료 설계가 필요 o 연구개발 목표 기술 : 자기장 장치와 방사선치료기의 상호 작동 동기화 하고, 데이터 기반 선량조절 시스템 구축하여, 환자별 맞춤 자기장-방사선 융합치료를 제공 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 o 활용계획 • 치료 시스템 판매 - 목표시장 : 암 치료 장비 시장, 연간 약 7조원 - 단기 매출 : 구매의향이 확인된 국내 대형 병원에 대한 시제품 판매 및 R&D 시범운영 - 장기 매출 : 임상시험 이후 국내외 의료기기 허가 획득하여 글로벌 판매 • 기술이전, M&A - 확보된 지적재산권 및 시제품 시험 데이터를 기반으로 기술가치평가 시행 - 다기관 임상시험 수행을 위한 투자유치 - 글로벌 의료기기 장비사를 대상으로 M&A 추진 • 응용기술 개발 - 세계 최초 자기장-방사선 암치료 시스템 기술 및 지적재산권 추가 확보 - 자기장-방사선 연동 기술의 고도화로, 일체형 방사선-자기장 융합 전용 치료기 개발 - 자기장-방사선 데이터 분석 기술을 기반으로, 현재 동시 개발 중인 이동형 암치료기 (자기장-전자선 융합 치료기)에 대한 선량분석 및 치료설계 기술 개발 o 기대효과 • 개인화 맞춤 자기장-방사선 융합 암 치료로, 기존 치료 기술 대비 부작용 감소 • 선량분석 결과 디스플레이로, 치료 기술 결정 용이, 환자-의료진 신뢰 증가 • 국내 개발 암치료기로, 고가의 수입치료기 수요를 대체 • 기존 방사선치료 적용이 어려운 환자도 치료할 수 있어, 자기장-방사선 융합 치료 신시장 창출 • 글로벌 판매를 통한 국내 암치료기 관련 소프트웨어 및 제조업 일자리 창출 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 강민경
• 주관연구기관 : 라덱셀
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 자기장-방사선 융합;방사선치료기;선량분포 계산;암 치료;데이터 기반 분석; 2. Magnetic-radiation convergence;Radiotherapy;Dose distribution calculation;Cancer treatment;Data-based analysis;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 신동식
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 수중 레이저 가공;레이저 유도 붕괴 분광 분석;수중 레이저 절단 헤드;레이 저 광학 모듈;레이저 제염; 2. underwater laser processing;under water laser cutting head;laser induced breakdown spectroscopy;laser optical module;laser decontamination;

연구개요 Initial goals of the research project were planned as follows: ⦁ to study the heavy particle properties in different environments (dense, external magnetic field, etc); ⦁ to study the properties of nuclear matter, neutron stars and strange stars; ⦁ the understanding the non-perturbative structure of the charmonium and heavy-light quark systems. 연구 목표대비 연구결과 During the research period we have obtained the following results: ⦁ We studied SU(3) non-heavy and single-heavy baryon properties in isospin symmetric, isospin asymmetric and strangeness mixed environments. In particular, a single-heavy baryon properties we studied in two different (a model dependent and the model independent) ways. In addition to planned tasks we also studied the nucleon mechanical properties in nuclear matter. ⦁ We also studied the ordinary nuclear (the isospin symmetric and asymmetric) matter properties and the strangeness mixed matter properties. The applications to the neutron and strange stars has been performed. ⦁ We calculated the heavy quark correlators with the perturbative corrections in the instanton liquid model of QCD vacuum. We also analysed the main features of heavy-light quark systems in the instanton generated background by considering the pion emissions by exited heavy quarkonium. We calculated the color-octet heavy-quark potential in instanton liquid model and studied the instanton effects on the electromagnetic transions of charmonium. We also performed tests of the phenomenological nonrelativistic charmonium potential. On a basis of performed tasks we had 8 publications in scientific SCI journals and made presentations during the conferences and workshops. Some of the publications are at the stage of preparation and submission. In general, the research process gone smoothly according to the initially planned schedule of the tasks. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) The benefits of our studies can be realized in the following ways: ⦁ The results of our studies of the properties of heavy baryons in nuclear matter will be useful for understanding the experimental data coming out from the Large Hadron Collider and the relativistic heavy ion collision experiments. ⦁ The results of our studies of nuclear matter studies will be useful for understanding the phenomena taking place during the collision experiments, for understanding the structure of compact stellar objects, for understanding the properties of atomic nuclei and rare isotopes. ⦁ The results of our instanton liquid model studies will be useful for understanding the origin of the phenomenological heavy quark potential parameters, for understanding the fine structure of the quarkonium spectrum and its transition modes due to electromagnetic and strong interactions. (source : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Yakhshiev Ulugbek
• 주관연구기관 : 인하대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 무거운 중입자;핵물질;강한 양자색소역학;중성자별;기묘한 물질; 2. Heavy hadrons;Nuclear matter;Strong QCD;Neutron star;Strange matter;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 방사선 저항성 미생물은 고방사선, 건조, 산화 스트레스 등 극한의 환경 스트레스에 대응하기 위하여 매우 높은 손상 복구 기능을 가지고 있어 인간의 노화/유전질환/암 치료 연구에 활용가치가 높음. 본 과제는 한국원자력연구원 방사선 저항성 미생물 연구팀과 프랑스 원자력 및 에너지청 (CEA) 산하 생명과학연구소 간의 과학기술 네트워크 구축을 통해 지속적인 방사선 저항성 기작 규명을 위한 국제공동연구 기반 확보에 그 목표를 둠 ○ 전체 내용 ● 방사선 저항성 미생물 유래 BSH시스템의 방사선 및 산화스트레스 저항성 특성 규명연구 (1) Deinococcus 유래 BSH 시스템의 스트레스 저항성 특성 분석 - BSH 생합성 경로 기반 BSH 비생산 Deinococcus 돌연변이균주 제조 - BSH 산화환원 단백질 (YpdA, YtxJ)의 저항성 기능 확인 (2) BSH 기반 Deinococcous내 스트레스 반응 조절 시스템 분석 - Metal homeostasis를 통한 DdrO-IrrE 시스템 조절기능 - BSH-Grx like 단백질 간 상호작용 기능 확인 ● 방사선 저항성 미생물 유래 BSH시스템의 작동기전 및 구조적 특성 연구 (1) BSH 산화환원 단백질의 구조 규명을 통한 BSH시스템의 이해 - BSH 산화환원 단백질 (YpdA, YtxJ) 단백질의 이종발현 및 대량정제 - crystallization 및 단백질 3D structure 규명 (2) BSH산화환원 단백질의 생화학적 특성 규명 - BSH 산화환원 단백질의 ROS 제거 활성 확인 - YpdA/BSH/YtxJ 간 상호작용 및 작동기작 확인 ● 한국원자력연구원 (KAERI)와 프랑스 원자력청 (CEA)간 연구협력 네트워크 구축 - 연구원 교류 협력 추진 - 방사선 저항성 미생물 관련 공동 연구 워크샵 개최 ○ 1년차 ● 목표 Deinococcus BSH 시스템의 저항성 기능규명 방사선 저항성 미생물 관련 세미나 개최 ● 내용 (1) Deinococcus 유래 BSH 시스템의 스트레스 저항성 특성 분석 - BSH 생합성 경로 기반 BSH 비생산 Deinococcus 돌연변이균주 제조 - BSH 산화환원 단백질 (YpdA, YtxJ)의 저항성 기능 확인 (2) BSH 기반 Deinococcous내 스트레스 반응 조절 시스템 분석 - Metal homeostasis를 통한 DdrO-IrrE 시스템 조절기능 - BSH-Grx like 단백질 간 상호작용 기능 확인 ○ 2년차 ● 목표 - 산화 환원 Redoxin 단백질의 생화학적 구조적 특성규명 - 방사선 저항성 미생물 관련 세미나 개최 ● 내용 (1) BSH 산화환원 단백질의 구조 규명을 통한 BSH시스템의 이해 - BSH 산화환원 단백질 (YpdA, YtxJ) 단백질의 이종발현 및 대량정제 - crystallization 및 단백질 3D structure 규명 (2) BSH산화환원 단백질의 생화학적 특성 규명 - BSH 산화환원 단백질의 ROS 제거 활성 확인 - YpdA/BSH/YtxJ 간 상호작용 및 작동기작 확인 (3) 한국-프랑스 공동연구 협력 교류 추진 - 한국원자력연구원 인력 교류 추진 - 한국원자력연구원-프랑스 CEA 간 공동 워크샵 개최 □ 연구개발성과 1. SCI(E) 논문게재 : Chemistry, Medicinal 분야 상위 10% 논문게재 방사선 저항성 미생물 유래 BSH 시스템의 방사선 및 산화 스트레스 저항성 기작 규명 (Antioxidant, IF : 6,312) 2. 학술발표 : 2021 한국미생물생명공학회 심포지엄 구두발표 (2021.06) 2022 방사선 산업학회 학술발표 (2022.11) 3. 보고서 : 프랑스 원자력청 (CEA) 산하 BIAM 연구소 파견 보고서 4. 기타 : 프랑스 CEA 인력 교류 (2022.09.01. ~ 2022.10.12.) 한-프랑스 공동 연구 워크샵 2회 개최 (2022.10) 한국원자력연구원-프랑스 CEA 간 공동연구 협약 (2022.07) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ● 방사선 저항성 미생물의 새로운 저항성 기작 및 작동 원리 규명 (1) 현존하는 생물 중 가장 높은 방사선 저항성을 가진 Deinococcus의 BSH 시스템의 손상 복구 기작 및 작동원리를 구조적으로 분석하여 새로운 저항성 기작 규명 가능 (2) 산화적 손상에 의해 유발되는 질병(암, 노화 기초연구)치료 및 예방에 대한 기초적인 중요한 정보를 제공하여 국민건강복지에 기여가능 ● 연구 교류 및 후속연구 추진을 위한 국제협력기반 조성 (1) 해외전문가 초청 국제 학술 세미나 추진을 통한 인적 네트워크 확대 (2) 한국-프랑스 연구진의 상호교류 기관방문 추진을 통한 전문인력 양성 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정종현
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 산화스트레스;방사선저항성;데이노코쿠스;산화환원반응; 2. oxidative stress;radiation resistance;Deinococcus;Redox activity;

□ 연구개요 일부 식품유래 천연물은 nuclear factor erythroid 2-related factor 2(Nrf2) 신호전달계를 활성화하고, 이를 통하여 항산화효소와 2상 해독효소계 발현을 촉진함으로서 암발생을 예방하지만, 또 다른 측면에서 Nrf2 활성화가 암세포에서 발생하는 활성산소의 제거를 촉진하여 암세포 증식을 촉진할 수 있다는 것이 알려져 있음. 따라서 본 연구에서는 식품유래 천연물에 의한 Nrf2의 활성화가 대장암세포의 증식을 촉진하는지 여부와 전사조절인자 Nrf2에 의해 발현이 조절되는 단백질 가운데 암세포 증식과 직접적인 관련이 있는 단백질을 동정하기 위해서 Nrf2을 knockout 한 대장암 세포를 제작하고, RNAseq을 통하여 탐색된 Nrf2-downstream 유전자를 knockout 또는 knockdown 시키는 방법으로 Nrf2 신호전달계를 통하여 암세포 증식 촉진에 관여하는 유전자를 구명하고자 하였으며, 나아가 해당 단백질의 활성을 제어하는 방법을 찾아 암치료에 도움을 줄 수 있는 전략을 수립하고자하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 식품유래 Nrf2 신호전달계를 활성화시키는 파이토케미컬이 암세포증식을 촉진하는지 여부를 조사하고, 이를 통하여 암세포증식을 촉진하는 것으로 확인된 화합물을 이용하여 어떤 Nrf2-downstream 단백질이 암세포증식에 관여하는지 알아보기 위한 연구를 진행하였음. ● 결과 1. 식품유래 천연물이 대장암세포증식 촉진하는 것을 확인하고, 이것이 Nrf2 신호전달계의 활성화와 관련이 있음을 Crispr/casp9 이용한 Nrf2 knockout 및 Nrf2 저해제(brusatol)를 이용하여 증명함 ● 결과 2. 식품유래천연물의 일종인 sulforaphane(SFN)은 Nrf2신호전달계를 활성화 하고 암세포증식을 촉진하는데, 이와 직접적인 관련이 있는 Nrf2-downstream 유전자를 RNAseq과 gene knockout/knockdown 방법으로 탐색하여 γ-glutamylcysteine ligase-catalytic subunit(GCLC)가 핵심단백질임을 확인하였음 ● 결과 3. GCLC가 세포내 활성산소 소거를 통하여 암세포증식을 촉진하여 항암제 작용을 저해하므로, 항암제와 GCLC 저해제(BSO)를 병용처리하였을 때, 항암효과가 상승되는 것을 확인하였음. 특히 SFN은 BSO 및 thioredoxin reductase 억제제인 auranofin와 병용처리시 환원된 글루타티온을 고갈시키고 세포내 산화환원 상태를 교란함으로써 항암활성이 크게 증가하는 것을 새롭게 발견하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구결과는 다음과 같은 영역에서 활용될 수 있을 것으로 판단됨. 1. 암환자의 식사요법으로 활용: 암세포가 이미 존재하는 환경에서 십자화과 채소 등 Nrf2 신호전달시스템을 활성화할 수 있는 식품의 다량 섭취를 자제하도록 권장하는 것이 바람직함. 예를 들어, 블로콜리새싹, 생배추, 갓의 과량 섭취는 피하는 것이 좋으나 이들을 가공한 제품(예, 김치)은 상대적으로 안전함. 2. 식품 유래 Nrf2 activator를 함유하는 항암제에 대한 지적재산권 획득: 본 연구과정에서 낮은 농도의 SFN이 환원형 glutathione(GSH) 소거하는 특성을 확인하였으며, 이를 응용하여 GSH 합성을 억제하는 buthionine sulfoximine(BSO)와 thioredoxin reductase 저해제 auranofin을 SFN과 병용처리시 항암활성이 극적으로 증가하는 것을 확인하였고, 이 신규 항암요법에 대한 지적재산권을 확보하고자 함. 3. 연구의 확장성 확인: 암세포내 활성산소 양을 증가시켜 암세포를 사멸시키려면 GSH 농도뿐만 아니라 또 다른 항산화시스템인 thioredoxin을 동시에 저해해야 함을 확인하였으며, 여기에 SFN과 같은 electrophiles을 추가하였을 때 활성산소발생이 폭발적으로 증가하고, 암세포를 효과적으로 사멸시키는 것이 확인되었으므로, 천연물 또는 이미 개발된 약물가운데 BSO와 auranofin과 병용처리하여 항암효과를 잘 발휘할 수 있는 소재들을 발굴하여 암치료 및 기타 질병치료제로 검토하는 것이 가능할 것으로 판단됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김정상
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 대장암;항산화효소계;설포라판;감마글루타밀시스틴 라이게이즈; 2. colorectal cancer;antioxidant enzymes;Nrf2;sulforaphane;γ-glutamylcyste ine ligase;

□ 연구개요 ALKBH5는 m⁶A (N⁶-methyladenosine)를 demethylation하는 효소 단백질임. ALKBH5는 splicing 인자들이 위치하는 nuclear speckle에 존재한다고 알려졌지만 RNA splicing에 관여한다는 보고는 거의 없음. 본 연구에서는 ALKBH5 knockdown 세포를 대상으로 RNA-sequencing 수행 및 생물정보학 분석 결과 대량의 RNA splicing target을 발굴하였으며 또한 RT-PCR 실험기법으로 alternative splicing 변화를 확인하였음. 또한 ALKBH5 단백질은 RNA상 GGGGUG서열에 특이적으로 결합과 다른 splicing 인자인 SRSF1 단백질과 상호작용을 통해 RNA alternative splicing 조절함을 규명하였음. 마지막으로 ALKBH5의 splicing target인 Fas 유전자를 선정 및 Fas minigene을 활용하여 ALKBH5 단백질의 methylation activity 도메인이 alternative splicing과 RNA target 결합에 필수적임을 검증하였음. 본 연구는 ALKBH5 단백질이 alternative splicing에서 기능 및 조절기전을 규명하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구진은 초기에 설정한 연구목표를 잘 완성하였음. 연구목표 1. ALKBH5에 의해 RNA splicing이 조절되는 target RNA 발굴 및 검증 연구결과 1. ALKBH5 knockdown 세포를 대상으로 RNA-sequencing 수행 및 생물 정보학 분석 결과 대량의 RNA splicing target을 발굴하였으며 또한 RT-PCR 실험기법으로 alternative splicing 변화를 확인하였음. 연구목표 2. ALKBH5의 RNA splicing 조절 기전 규명 연구결과 2. ALKBH5 단백질은 RNA상 GGGGUG서열에 특이적으로 결합과 다른 splicing 인자인 SRSF1 단백질과 상호작용을 통해 RNA alternative splicing 조절함을 규명하였음. 연구목표 3. m⁶A의 ALKBH5 RNA splicing 기능 및 조절 기전 규명 연구결과 3. ALKBH5의 splicingtarget인 Fas 유전자를 선정 및 Fas minigene을 활용하여ALKBH5 단백질의 methylation activity 도메인이 alternative splicing과 RNA target 결합에 필수적임을 검증하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) m⁶A를 통한 RNA splicing 조절 기전을 규명은 RNA　splicing 조절에 대한 새로운 연구 분야를 개척할 수 있음. 또한 본 연구를 통해 규명된 ALKBH5를 통한 RNA splicing 조절 기전은 ALKBH5에 의한 유전적 질병의 치료 기반을 마련할 수 있으며, 궁극적으로 RNA processing 기반 신약 개발을 위한 유용한 기술로 이용될 것임. 본 연구개발성과의 기대효과는 아래와 같음. ▪ 과학기술적 측면: ALKBH5의 RNA에서의 기능 조절기전을 규명함으로써 m⁶A modification으로 인한 RNA metabolism의 조절 targeting 가능성을 제시뿐만 아니라 아직 밝혀지지 않은 m⁶A modification 조절 인자의 RNA splicing 조절 기전 연구와 새로운 RNA splicing 모티프 및 조절 연구 분야를 개척할 수 있음. ▪ 경제․산업적 측면: 본 연구를 통해 RNA metabolism 관련 연구능력 향상과 질병 치료 연구의 기반을 제공함. 이 기반을 통한 국내 기술 확보와 치료제 개발을 통한 경제적 이익 창출이 가능함. 이러한 국내 독창적인 기술과 질병 치료제 발굴은 경제 활성화에 도움이 될 수 있으며, 향후 일자리 창출을 기대할 수 있음. ▪ 사회적 측면: 본 연구를 통하여 RNA splicing으로 발생하는 암을 비롯한 질병의 표적 치료제 연구 및 개발과 새로운 해법 제시는 앞으로의 인간의 삶의 질 향상과 최종적으로 질병으로 인한 사망률을 감소시키는데 기여할 것이며, 이를 통해 평균 수명 연장 등의 가능성을 가짐. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 심해홍
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 알엔에이 스플라이싱;에이엘케이비에이치5;엠식스에이; 2. RNA splicing;ALKBH5;m6A;