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연구의 목적
국제수준의 마우스표현형 표준분석 기반구축으로 국제마우스표현형분석컨소시엄(IMPC) 참여 기반을 구축하고 운용하며, 생체분자영상기반 마우스 표현형 분석 기반과 프로테오믹스와 지노믹스 중심 오믹스 분석 기반을 활용하여 관련된 연구지원을 수행함으로서 포유류의 유전자 기능백과사전 작성에 참여하며 국내 생명산업의 경쟁력 확보에 기여함.
연구 내용
□ 성체 마우스 기본표현형분석 및 지원
■ IMPC 기준을 적용한 마우스 표현형 분석 기술 구축
■ 기본표현형 분석기반을 활용한 48개군 분석 완료
□ 마우스 배아 표현형분석 및 지원
■ 배아의 사망 시기조사
■ 배아 발생 단계에 따른 기본표현형 분석 및 지원
□ PET-CT 등 생체분자영상 기반의 마우스 표현형 분석 및 지원
■ PET-CT 기반 표현형 영상 분석 기법 개발 및 구축
■ 운동 및 대사질환에 따른 표현형 영상 분석 기법 개발 및 적용
■ 감각기 기능 변화에 따른 표현형 영상 분석 기법 개발 및 적용
□ 오믹스 분석을 바탕으로 마우스 표현형 해석 및 지원
■ 대사질환 표현형 마우스 모델의 오믹스 분석기반 구축과 분석 서비스 제공
□ 표현형 분석정보의 공유
■ MPC를 통한 기본표현형 분석정보의 공유
연구개발성과
□ 성체 마우스 기본표현형분석 및 지원 분야
○ 기본표현형분석용 마우스 확보
■ 마우스 자원 67계통 확보
- IMPC 대응 KO 마우스 32계통(IMPC reference 6계통 포함)
- 기타 자체선정 마우스가 35계통
■ 확보된 자원에 대한 지속적 증식 실시 중
■ 다양한 증식방법을 이용한 증식진행
- 자연교배, 체외수정, 수정란이식, in vitro Cre처리 등의 기술 적용
○ 기본표현형분석 기반구축 및 분석
■ 마우스 48개군 기본표현형 분석
- 48개군 완료 및 분석보고서 작성 완료
* Mutant type: KO 22개군, spontaneous mutant 6개군, Tg 2개군 inbred 18개군
■ IMPC 시험분석 SOP 지속적 보완
○ 표현형 분석정보 서버구축 및 활용으로 IMPC 업로드 진행
□ 배아표현형분석 및 지원 분야
■ IMPC의 배아 단계 질환표현형 분석 기준을 확립하고 관련 분석기술 확보
■ 추가로 자체적인 배아 단계 질환표현형 분석 기준을 확립하고 관련 분석 기술 확보
■ 확보된 기술을 정상배아 및 KO 배아에서 검증
■ 3종 배아단계에서 죽는 KO 마우스 (Cxcl12, Pierce1, Asb2)의 기본 혹은 2차 질환표현형 분석
- Cxcl12: 대동맥궁 및 폐혈관의 혈관 branching pattern의 조절에 관여함을 밝힘, 배아에서 출혈, 심장이상, 안면부 이상, 발달지체 등의 질환표현형 발견, 배아에서 동맥의 endothelial cell과 smooth muscle cell에서 주로 발현하는 것을 발견
- Pierce1: 내장기관의 좌우 비대칭에 필수적인 유전자임을 밝힘, Pierce1이 nodal cilia의 움직임에 최초로 반응하는 유전자인 Cerl2의 비대칭적 발현을 조절함으로써 내장기관의 좌우 비대칭을 조절한다는 메커니즘 제시
- Asb2: 발생초기 심장 발달 및 배아의 성장에 필수적인 유전자임을 밝힘, 배아 발생 단계에서 심장과 somite, somite에서 유래한 근육 조직에서 주로 발현하는 것을 발견
□ PET-CT를 활용한 분석 및 지원 분야
■ PET-CT를 활용PET-CT를 활용한 내장지방, 피하지방 부피 측정, 갈생지방 활성도 및 지방 측정, 근육 부피 측정, 골대사변화량 측정
■ 운동 및 식이에 따른 체성분 변화 및 골대사 변화 측정
■ 시각자극 등 감각 자극시 뇌경로 신경망 분석, 뇌활성동 비교 평가, GABA 신경 수용체 평가, 도파민운반체 평가
■ 심장혈류 측정, 간대사 측정.
□ 오믹스 분석 및 지원분야
○ 대사질환 표현형 마우스 모델의 오믹스 분석기반 구축과 분석 서비스 제공
■ Fusion-Orbitrap에서 글로벌 프로테오믹스 기술을 강화함. 시료 준비 방법과 분획화 방법들의 SOP를 재정비함.
■ RNA-seq 데이터의 통합 분석법과와 iTRAQ 프로테오믹스 정량 분석법을 Fusion-LC-ms/ms에서 확립하고 이들 두 데이터 비교·통합하는 시스템을 구축함.
○ 다양한 장기(혈액, 지방, 근육, 간)에 대한 프로테오믹스와 지노믹스 표현형 분석
■ 1단계 IMPC Ahnak 포함 3종 마우스의 대사질환 표현형 타겟 장기의 글로벌 RNA-seq 96건 분석하고 기본 데이터 및 네트워크 분석, 클러스터링 분석, 중요 유전자 선별 진행
■ 최신의 분석기기를 활용한 proteomics 분석을 실행하였으며, 단백질 글로벌 프로파일링과 정량분석을 동시에 할수 있는 iTRAQ 프로테오믹스 SOP를 확립 및 112개 분석 완료
○ 글로벌 프로테오지노믹스 데이터로부터 대사질환 치료제 및 진단 후보 단백질의 발굴을 위한 기반 데이터를 확보
□ 표현형 분석정보 분야
○ 기본 표현형 정보의 IMPC 업로드 체계 구축
연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 한국은 최소한의 분담만으로 IMPC에 참여하지만, 유전자기능을 바탕으로 연구되는 신약개발과 표적개발을 위한 정보 접근성을 선진국과 동일한 수준으로 확보할 수 있어서 신약개발의 경쟁력을 선진국 수준으로 향상기대.
○ 국내 연구자들에게 국제수준으로 마우스를 분석할 수 있는 인프라를 활용할 수 있게 함으로써 국가 연구개발능력의 향상 기대
○ 국내 생명과학 수준을 기초 연구에서 실용화 연구로 도약시킬 수 있는 기반 구축 및 원천 특허 확보 가속화 기대
○ 유전자기능 정보를 활용한 국내 BT, NT, IT 관련 연구의 시너지(synergy) 창출 기대
○ 생체분자영상 기반의 표현형 분석 데이터베이스 할 경우 다양한 국내 BIO 연구 및 BIO 산업계의 혁신적 체질 개선 및 발전 가속화 유도
○ 인간의 대사질환 네트워크를 규명하기 위해 최신의 분석방법인 유전체와 단백체 융합 분석기반이 확립됨으로써, 이질적인 오믹스 데이터를 통합하고 질환 관련성 유전자의 고유 발현 특성을 글로벌 데이터 수준에서 체계적으로 규명하게 되어, 특정 생물학적 샘플에서 개별 유전자발현의 의미와 상호연관성을 새롭게 평가하는 기술이 확립되는 기회가 될 것임
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