• 제목/요약/키워드: Molecular probe

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신경전달물질 방출 저해제 FS11052가 신경세포와 PC12 세포의 돌기신장에 미치는 영향 (Effect of FS11052, an Inhibitor of Exocytosis, on Neurite Extension in Rat Hippocampal Neurons and PC12 Cells)

  • 이윤식;김동섭
    • 생명과학회지
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    • 제16권2호
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    • pp.315-322
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    • 2006
  • 신경세포 간 정보교환이 이루어지고 있는 신경전달물질의 방출과정은 극히 복잡하여, 이 방면의 독창적인 연구를 수행하기 위해서는 신규작용을 갖는 특이적인 저분자 probe의 탐색은 필수적이다. PC12세포에 tritium-label된 norepinephrine ($[^3H]-NE$)을 incorporation시킨 후에 60 mM의 고농도의 $K^+$의 자극에 의해서 탈분극 후에 방출되는 $[^3H]-NE$의 양을 scintillation countering하여 생리 활성 물질을 탐색하기 위한 in vitro의 실험계를 세웠다. 이 탐색계를 이용하여 곰팡이, 방선균와 박테리아의 대사산물 1만 1000여 샘플을 탐색한 결과, PC12세포에서 고농도의 $K^+$의 자극에 의해서 탈분극 후에 유도되는 $[^3H]-NE$의 방출을 효과적으로 저해하는 FS11052를 방선균 유래의 대사산물로부터 얻었다. FS11052는 또한 PC12세포와 rat cortical neurons에서 동일한 고농도의 $K^+$의 자극에 의한 탈분극 후에 유도되는 신경전달 물질로서 ATP의 방출에도 유의한 저해효과를 나타냈으며, 이 저해 효과는 ionopore로 알려진 ionomycin ($1{\mu}M$)을 포함하는 저농도의 $K^+$의 버퍼를 처리하였을 때에도 보여졌다. 이틀 결과로부터 FS11052의 신경전달 물질의 방출에 대한 저해작용은 세포내 $Ca^{2+}$ 유입 이 후의 반응으로 추정하며 이 작용기구에 대한 해석을 하기위하여, 신경세포의 돌기신장 형태에 대한 영향을 관찰한 결과, 분화를 유도하는 적정 농도인 $5{\mu}g/ml$의 NGF 존재 하에서의 PC12 세포의 돌기 신장에 대하여서는 억제작용을 나타냈다. 또 rat의 대뇌 해마 세포에 대하여 특정적인 형태의 돌기를 내고 있어, FS11052 물질의 첨가에 의해 통상의 긴 축색돌기는 억제되고 얇은 침상의 돌기가 세포체로부터 돌출되어 있었으며, growth cone 를 갖고 있지 않은 뉴우런이 많이 관찰되었다. FS11052 물질의 작용에 관해서는, 탈분극된 synaptic membrane이 $Ca^{2+}$ 이온을 유입 후 활성화되어 신경전달물질을 방출에 중요한 역할을 하고 있는 synaptotagmin, syntaxin, synapsin, SNAP25 등의 synaptosome을 구성하는 단백질에 직접 혹은 이와 밀접한 관련을 갖고 있는 인자와 간접적으로 작용하며, 신경전달물질의 방출을 억제하여 growth cone의 전향과 신경세포의 가소성을 조절하는 물질로 사료되어, 이 물질이 $Ca^{2+}$ 이온을 유입 후 일어나는 exocytosis와 신경계의 기능연구를 위해 사용되어질 수 있을 것으로 기대된다.

완전 자동화된 액체배양법과 기존의 고체배양법을 이용한 객담 내 mycobacterium의 신속검출에 대한 비교 (Fully Automated Liquid Culture System Compared with Lowenstein-Jensen Solid Medium for Rapid Recovery of Mycobacteria in Sputums)

  • 박승규;김승철;김득미;이창운;김영;조상래
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제53권6호
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    • pp.635-643
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    • 2002
  • 연구배경 : 완전 자동화된 액체배양법과 기존의 고체배양법을 이용하여 폐결핵환자의 객담내 mycobacterium의 신속검출율 및 양성판정시까지의 시간을 비교하고자 하였다. 방 법 : 2002년 1월 1일부터 2002년 6월 30일 사이에 본원에 입원 혹은 외래에서 폐결핵으로 치료중인 환자 127명의 객담검체를 이용하였으며, 배양 중 오염된 28개의 검체(MB/BacT system 18개, L-J배지 14개, 4검체는 두 배양법 모두에서 오염)를 제외한 99명의 객담검체를 대상으로 하였다. 검체는 4% NaOH로 전처치한 후 4300rpm으로 20분간 원심분리한 후 멸균된 phosphate buffer(pH 6.8)를 첨가하여 2ml로 만들어 MB/BacT bottle에 0.5ml, Lowenstein-Jensen배지에 0.25ml를 접종한 후 $35-37^{\circ}C$에 6-12주간 배양하면서 균검출율과 양성판정시까지의 시간을 비교하였다. 결 과 : MB/Bact system과 L-J배양볍 중 어느 한 방법에서 균성장이 발견된 검제는 677B (67.7%) 였다. 두배양법 모두에서 균성장이 발견된 겸체는 5252.5%) 개였으며, MB/BacT에서만 발견된 검체는 15개 (15.2%) 였으나 L-J배양법에서만 발견된 경우는 없었다. 객담검체의 ZN염색법으로 항산균 집균도말겸사상 양성인 검체는 58개, 음성인 검체는 41개였다. 58개의 도말양성 검체 가운데 MB/BacT system에 양성을 보인 검체는 %개 (96.6%), L-J배지양성은 467B (79.3%) 였으며, 균성장 평균 발견시간은 각각 11.0일과 23.5일이었다. 41개의 도말음성검체 가운데 MB/BacT system에 양성을 보인 검체는 11개 (26.8%), L-J배지양성은 6개 (14.6%)였으며, 균성장 평균 발견시간은 각각 13.7일과 27.6일 이었다. 전체적으로 MB/BacT system과 L-J배양법에서 균성장 발견시 간은 각각 $13.3{\pm}8.3$일, $27.2{\pm}0.9$일이었다. 결 론 : 완전 자동화된 MB/BacT system은 L-J배지에 비해 mycobacterium의 검출율이 높고 발견시간이 단축되었다. MB/BacT는 방사성 물질을 사용하지 않는 장점이 있으므로 모든 검사실에 사용하기에 적당할 것으로 보이며, 균동정을 위하여 특이한 DNA probe와 병용하면 CDC가 권고한 결과보고 시간에 근접할 수 있을 것으로 생각되었다.

체내 안정형 HSV1-tk (Herpes Simplex Virus Type-1 Thymidine Kinase) 영상용 IVDU 유도체의 합성 (The Synthesis of the Stable IVDU Derivative for Imaging HSV-1 TK Expression)

  • 김은정;최태현;안순혁;김병수;박현;천기정;이학준;안광일
    • Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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    • 제43권5호
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    • pp.478-486
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    • 2009
  • 목적: 화합물이 가지는 항바이러스 및 항암 작용으로 인하여 5-iododeoxyuridine 유도체들에 관한 연구는 매우 광범위하게 이루어져왔다. 방사 요오드가 치환된 이들 화합물에 대한 연구의 주요 목표는 체내 및 체외 평가 시 효과적 일뿐만 아니라, 보다 안정한 화합물을 개발하는 것이다. 본 연구를 통해, 다양한 방사성의약품의 중간체로도 이용되어질 수 있는 carbocyclic radioiododeoxyuridineanalogue (ddIVDU)를 합성하여 생물학적 평가를 수행하고자 하였다. 대상 및 방법: 목표 화합물의 합성은 Pd(0)-촉매 결합 반응, LAH 환원반응, hetero Diels-Alder 반응을 주요 반응으로 하여 수행하였다$(Sch\;3)^{10-12}$. 합성된 화합물의 생물학적 평가를 위해 MCA와 MCA-tk 세포에 다양한 농도의 GCV와 carbocyclic ddIVDV를 처리하여 MTS 법을 이용해 세포독성을 보았고, [$^{125}I$]carbocyclic ddIVDU를 이용해 MCA와 MCA-tk 세포에서 HSV1-tk에 의한 선택적 섭취를 비교 평가 하였다. 결과: Carbocyclic ddIVDU 및 요오드 도입을 위한 전구물질의 합성을 cyclopentadiene을 출발 물질로 하여 높은 수율에 의해 수행하였다. 방사요오드를 이용한 동위원소 도입 반응은 각각, 80% 이상의 방사표지 수율 및 95 % 이상의 방사 화학적 순도를 나타내었다. 세포독성 결과 MCA-tk 세포에서 carbodyclic ddIVDU는 GCV에 비해 세포독성이 작았고, MCA에서는 유사한 세포 독성을 보였다. [$^{125}I$]carbocyclic ddIVDU는 MCA-tk 세포에서 uptake는 8시간째까지 계속 증가하는 양상을 보였으며, MCA세포에서 uptake는 4시간째까지 일정하게 유지되다가 8시간째 급격히 증가하였다. [$^{125}I$]carbocyclic ddIVDU의 uptake는 MCA보다 MCA-tk에서 약 2-5배 정도 높은 결과를 보였다. 결론: 진행되어진 생물학적 결과로부터 이 유도체는 체내 평가 시 매우 안정할 뿐만 아니라, GCV에 비해 독성이 덜하고, HSV1-tk cell에 선택적임을 보여준다. 따라서 신규 화합물인 carbocyclic ddIVDU는 HSV1-tk를 영상화하는데 유용하게 이용되어질 수 있을 것이다.

미나리의 중금속 흡수량 측정 및 중금속 결합단백질의 동정 (Uptake of Heavy Metal Ions by Water Dropwort (Oenanthe stolonifera DC.) and Identification of Its Heavy Metal-Binding Protein)

  • 박영일;김희근;김유영;김인수
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제39권6호
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    • pp.494-500
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    • 1996
  • 중요한 환경문제로 대두되고 있는 중금속 오염의 대처 방안으로 식물을 이용한 경제적인 정화 방법을 모색하고자 미나리의 중금속 흡수능력을 검정하고 카드늄 결합단백질을 동정하였다. 미나리의 중금속 흡수능력은 미나리를 카드늄 $(Cd^{2+})$, 크롬 $(Cr^{3+})$ 및 납 $(Pb^{2+})$의 농도를 달리한 배양액에서 재배한 후 미나리에 잔류하는 중금속을 정량함으로써 측정되었다. 중금속의 처리 기간은 3일과 7일로 하였고, 생장 저해가 일어나는 농도까지 처리하였다. 카드늄은 16.68 ppm, 크롬은 20 ppm까지 지속적으로 잔류량이 증가하였고 그 농도 이상에서는 생장 저해가 일어나면서 잔류량의 증가율이 둔화되었다. 식물체 부위별 카드늄과 크롬의 잔류량은 뿌리에서 월등하게 높게 나타났고 줄기와 잎의 순으로 낮아졌다. 납의 경우는 카드늄과 크롬에 비하여 잔류량이 가장 높은 뿌리에서 4배 정도 잔류량이 높게 나타났다. 20 ppm의 중금속 용액에서 7일간 재배한 미나리 뿌리에는 건조중량 1 g에 대하여, 카드늄이 6.1 mg, 크롬은 5.2 mg 그리고 납은 23.6 mg이 잔류하고 있었다. 이것은 잔류하고 있는 중금속 중에서 카드늄은 80%, 크롬은 92%그리고 납은 96%이상이 미나리 뿌리에 잔류하고 있는 것이다. 20 ppm카드늄이 함유된 배양액에서 7일간 자란 미나리 뿌리 추출액을 Sephadex G-50과 DEAE-Cellulose 크로마토그래피를 수행하여, polyacrylamide gel 전기영동 상으로 단일 단백질 분리대의 중금속 결합단백질을 정제하였다. 이 단백질의 분자량은 gel filtration 상에서 약 5,000 Da이었고 아미노산의 조성을 보면 산성 아미노산이 27.3%, cystein이 9.9%로서 중금속 결합단백질의 특성을 가지고 있었다. 그러나 그 아미노산 조성은 지금까지 알려진 phytochelatin과는 다른 새로운 중금속 결합단백질로 나타났다.

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비소세포폐암에서의 망막모세포종유전자의 소실 (Loss of the Retinoblastoma Gene in Non-Small Cell Lung Cancer)

  • 이춘택;김창민;조재일;심영목;홍원선;이진오;강태웅
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제40권2호
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    • pp.98-103
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    • 1993
  • 연구배경 : Retinoblastoma 유전자(Rb)의 비활성화는 여러 종류의 암에서 관찰되어 왔다. Rb의 이형성의 소실(loss of heterozygosity)은 Rb의 비활성화의 가장 흔한 기전으로 소세포폐암에서는 거의 모든 예에서 관찰되나 비소세포폐암에서는 훨씬 낮은 빈도로 관찰된다고 알려져 있다. 이에 저자들은 개흉수술시 얻은 한국인의 비소세포폐암 및 정상폐조직의 DNA 에서 Rb의 변화를 관찰하였다. 방법: 폐암조직 및 정상폐조직에서 proteinase K에 의한 소화 및 phenol-chloroform 추출 방법으로 genomic DNA를 추출한 후 제한효소인 EcoRI으로 소화시키고 agarose gel 에서 전기영동분리시켰다. Southern blot 방법으로 DNA를 nylon 막에 흡착시킨 후 Rb 1 탐식자로 hybridization 시켜 stringent condition에서 세척하여 X-ray 필름에 적당기간 노출시켜 현상하였다. 결과 : 26예의 편평상피세포암중 16예에서 정상폐 DNA 에서 RFLP에 의한 Rb의 이형성이 관찰되었으며 이중 10예 (62.5%)의 폐암조직 DNA 에서 이형성의 소실이 관찰되었다. 17예의 폐선암중 11예의 정상폐 DNA 에서 RFLP에 의한 Rb의 이형성이 관찰되었으며 이중 5예 (45.4%)의 폐암 DNA 에서 이형성의 소실이 관찰되었다. Rb의 비활성화 유무에 따른 두 군 사이에 연령, 성별, 암의 병기, 암의 분화도 및 흡연력의 차이가 없었다. 결론: 이상의 결과로 Rb의 비활성화는 비소세포폐암의 발생기전에 중요한 역할을 하리라 생각된다.

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신경 활성화 연구의 원리와 최근 동향 (Principle and Recent Advances of Neuroactivation Study)

  • 강은주
    • Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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    • 제41권2호
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    • pp.172-180
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    • 2007
  • [ $^{15}O$ ]을 이용한 양전자 방출 단층촬영 기법(Positron emission tomography)은 핵의학 영상 기법 중에서 두뇌의 인지 기능과 연관된 두뇌 활성화를 정상인과 환자들로부터 연구하는데 큰 장점이 있다. $^{15}O-PET$, 특히 $H_2^{15}O$ PET 기법은 두뇌 국소 혈류 변화(rCBF; regional brain flow)를 상대적으로 비침습적이면서 동시에 정량적 측정할 수 있기 때문에 두뇌 기능을 연구하는데 오늘날 존재하는 핵의학 영상기법 중에서 가장 광범위하게 쓰이고 있다. 특히 $^{15}O$은 짧은 반감기로 인하여, 동일한 피험자를 서로 다른 과제 조건에서 반복적으로 측정하는 것이 가능하다. 이 PET기법은 fMRI와 같은 다른 기능 영상 기법에 비하여 기술적 제한이 있는데, 예를 들면 시간과 공간 해상도가 좋지 않다든지, 개인 데이터를 분석하기에 통계적 효율성이 부족하다거나 하는 문제이다. 그러나 최근에 3D 획득방법 같은 기술적인 발전으로 적은 양의 방사능 dose로 좋은 영상을 획득하는 것이 가능하게 되었고, 이는 다시 개개인으로부터 더 많은 수의 PET 스캔을 획득하는 것을 가능하게 하며, 결과적으로 개인 데이터의 분석이 가능한 통계적 효율성을 제공하게 되었다. 그 외에 $^{15}O$ PET 의 스캐너 환경이 소음에서부터 자유롭다던가, 개개 스캔이 각 과제 조건에서 불연속적이지 획득되기 때문에 상태 특정적 두뇌 변화를 연구하기에 유리하다는 PET연구 만의 장점이 있다. 본 종설에서는 정상인들이나 임상적 환자 집단을 사용한 예시적 연구들을 들어 $^{15}O$ PET의 장점과 한계를 논하고, 두뇌 활성화 연구에 효율적인 PET 연구 절차를 고안하기 위해 고려해야 할 사항들에 대하여 논하였다.TEX>$29.9{\pm}1.8%$, DMF: $7.6{\pm}0.5%$이었다. MEK에서 얻은 $[^{11}C]1$의 비방사능은 98 ($GBq/{\mu}mol$)이다. 각 물질의 질량 분석은 1: m/z 257.3 (M+1), 2: 257.3 (M+1), 3: 271.3 (M+1)이었다. 각 생성물질의 표지효율은 MEK에서 $86.0{\pm}5.5%:5.0{\pm}3.4%:1.5{\pm}1.3%$ $([^{11}C]1:[^{11}C]2:[^{11}C]3)$, CHO에서 $59.7{\pm}2.4%:4.7{\pm}3.2%:1.3{\pm}0.5%$, DEK에서 $29.9{\pm}1.8%:2.0{\pm}0.7%:0.3{\pm}0.1%$, DMF에서 $7.6{\pm}0.5%:0.0%:0.0%$이다. 결론: $[^{11}C]1$은 4가지 반응용매 중 MEK 반응용매에서 가장 높은 표지효율을 나타냈다. 부산물인 $[^{11}C]3$은 고성능 액체 크로마토그래피의 자외선, 방사능 검출기와 질량 분석법을 통해 물질을 추정할 수 있었다.의 개선 효과가 있는 것으로 판단되며 지질과산화에 대해서 강한 억제 활성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로 복분자는 생활 습관병의 예방과 개선에 유효한 것으로 사료되었으며, 지질대사와 과산화지표의 검증을 통해 기능성 식품소재로 활용될 수 있음을 보여주었다.로서 역시 CTV 치료계획에서 적게 조사되었다(p=0.005). 기존의 ICRU 치료계획은 잔류종양의 크기가 작은 경우 불필요하게 정상조직에 많은 선량이 투여되기 때문에 CT를 이용한 CTV 치료계획을 적용하여 정상조직에 대한 피폭을 현저히 낮추고 잔류종양에 목표한 선량을 조사할 수 있다.

유방암 환자에서 $^{99m}Tc$-Antimony Trisulfide Colloid, $^{99m}Tc$-Tin Colloid, $^{99m}Tc$-Human Serum Albumin을 이용한 감시림프절 매핑 성적의 비교 (Comparison of the Results for Sentinel Lymph Node Mapping in the Breast Cancer Patients using $^{99m}Tc$-Antimony Trisulfide Colloid, $^{99m}Tc$-Tin Colloid, and $^{99m}Tc$-Human Serum Albumin)

  • 장성준;문승환;김석기;김범산;김석원;정기욱;강건욱;이은숙
    • Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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    • 제41권6호
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    • pp.546-552
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    • 2007
  • 목적: 유방암 환자에게 불필요한 액와림프절 전절제술을 예방하기 위해서는 감시림프절을 절제하여 전이 여부를 평가하는 것이 중요하다. 감시림프절 매핑을 위한 방사성교질중 antimony trisulfide colloid (ASC), tin colloid (TC), human serum albumin (HSA) 이상의 3가지 교질에 $^{99m}Tc$을 표지하여 각각에서 림포신티그라피, 감시림프절 매핑의 성적을 비교하였다. 대상 및 방법: 2001년 10월부터 2006년 12월까지 임상적으로 액와림프절 전이가 없는 조기 유방암 환자 총 397명에게 시행한 림포신티그라피와 수술 중 감시림프절 절제 동결절편 검사, 및 수술 후 병리 소견을 후향적으로 평가하였다. 림포신티그라피 영상 소견을 분석하고, 감시림프절의 발견율(identification rate)과 위음성율(false negative rate), 그리고 음성예측도(negative predictive value)를 구하여 각 군의 자료에 대해 Fisher 직접확률법으로 비교하였다. 결과: 202명에게는 $^{99m}Tc$ ASC를, 120명에게는 $^{99m}Tc$-TC를, 75명에게는 $^{99m}Tc$-HSA를 사용하였으며 평균 연령, 병기, 원발 종양의 크기 등에서는 각 군별 환자들 사이에 유의한 차이가 없었다. ASE는 59명에게는 유륜부 피내 혹은 피하주사법을 사용했으며 136명에게는 종양주위 주사를, 그리고 7명의 환자에게는 두 가지를 병용하였다. TC와 HSA를 사용한 환자들에게는 모두 피내 혹은 피하주사하였다. 액와림프절 전이는 ASE사용 군에서 33.2%, TC 사용군에서 31.7%, HSA 사용 군에서 22.7%였으며 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 감시 림프절 발견율(IR) 과 위음성율(FNR) 그리고 음성예측도(NPV) 는 사용한 교질 ASC/TC/HSA 각각에 대해 99.0%, 21.5%, 90.5% / 96.7%, 20.5%, 90.7% / 94.7%, 17.7%, 94.7%로 사용한 교질의 종류에 따라 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 감시림프절 매핑 성적은 방사성교질의 주사방법에 따라서 유의한 차이를 보이지 않았다. 림포신티그라피의 영상에서 감시림프절이 명확히 구분된 경우는 ASC에서 79.6%, TC 에서 92.5%, HSA에서 88.6%였다. 림프관이 관찰된 비율은 ASC에서 43.6%, TC에서 0.8%, HSA 에서 96.8%이었다. 림포신티그라피에서 관찰된 감시림프절의 개수는 HSA가 가장 많았지만 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 결론: ASC, TC 및 HSA등의 방사성교질을 이용한 감시림프절 매핑 성적은 서로 유의한 차이를 보이지 않았다.

Stem-loop RT-qPCR 분석법을 이용한 siRNA 치료제의 생체시료 분석법 검증 및 약물 동태학적 분석 (Validation of Stem-loop RT-qPCR Method on the Pharmacokinetic Analysis of siRNA Therapeutics)

  • 김혜정;김택민;김홍중;정헌순;이승호
    • 생명과학회지
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    • 제29권6호
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    • pp.653-661
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    • 2019
  • 본 연구는 siRNA 기반 치료제등의 핵산치료제 개발에 있어서 필수적인 약물의 생체내 흡수, 분포, 대사, 배설에 대한 동태의 확인을 위해 stem-loop RT-qPCR 법을 이용하여 보다 더 정확한 시험법을 확립하고자 하였다. siRNA에 특이적인 primer와 probe를 선별하여 siRNA 정량검출 시험법을 최적화하였다. siRNA 표준시료를 이용하여 최적화된 시험법을 적용하였을 때 siRNA 표준시료에 대한 Cp 값(y)간의 선형분석 결과, 기울기 평균 -3.3, 결정계수 $R^2$>0.99으로 확인되어 siRNA 표준시료와 Cp 값 간의 회귀성이 매우 높아 정량 분석이 가능한 시험법임을 확인하였고, 같은 표준시료를 이용한 stem-loop RT-qPCR의 검출한계(LOD)는 10 fM, 최소정량한계(LLOQ)는 100 fM이었다. 확립된 시험법의 신뢰성을 확인하기 위해 시험자를 다르게 하고, 시험법을 3회 반복하여 각각 진행한 결과, siRNA 표준시료에 대한 Cp 값(y)간의 선형분석 결과 기울기와 결정계수 $R^2$의 재현성(slope ${\pm}-3.2$, 결정계수 $R^2$>0.99)을 확인하였고, 표준 곡선으로부터 환산된 siRNA 표준시료의 회수율(recovery ${\pm}20%$)과 완건성이 우수함을 확인하였다. 확립된 stem-loop RT-qPCR을 생체내 존재하는 약물 검증에 적용할 수 있는지 확인하기 위하여 시험동물에 siRNA를 주입 후 시간별 혈액을 채취하여 확립된 시험법으로 시험을 진행하였고 약물 동태학적 분석을 통해 siRNA치료제의 혈액내의 안정성을 확인하였다. 따라서 본연구에서 개발된 stem-loop RT-qPCR 분석법은 정확성, 정밀성 및 민감도가 높은 분석법으로 핵산치료제 개발 연구의 다양한 생체시료 분석 연구에 적용할 수 있을 것으로 기대한다.

Ginsenoside compound K protects against cerebral ischemia/ reperfusion injury via Mul1/Mfn2-mediated mitochondrial dynamics and bioenergy

  • Qingxia Huang;Jing Li;Jinjin Chen;Zepeng Zhang;Peng Xu;Hongyu Qi;Zhaoqiang Chen;Jiaqi Liu;Jing Lu;Mengqi Shi;Yibin Zhang;Ying Ma;Daqing Zhao;Xiangyan Li
    • Journal of Ginseng Research
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    • 제47권3호
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    • pp.408-419
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    • 2023
  • Background: Ginsenoside compound K (CK), the main active metabolite in Panax ginseng, has shown good safety and bioavailability in clinical trials and exerts neuroprotective effects in cerebral ischemic stroke. However, its potential role in the prevention of cerebral ischemia/reperfusion (I/R) injury remains unclear. Our study aimed to investigate the molecular mechanism of ginsenoside CK against cerebral I/R injury. Methods: We used a combination of in vitro and in vivo models, including oxygen and glucose deprivation/reperfusion induced PC12 cell model and middle cerebral artery occlusion/reperfusion induced rat model, to mimic I/R injury. Intracellular oxygen consumption and extracellular acidification rate were analyzed by Seahorse multifunctional energy metabolism system; ATP production was detected by luciferase method. The number and size of mitochondria were analyzed by transmission electron microscopy and MitoTracker probe combined with confocal laser microscopy. The potential mechanisms of ginsenoside CK on mitochondrial dynamics and bioenergy were evaluated by RNA interference, pharmacological antagonism combined with co-immunoprecipitation analysis and phenotypic analysis. Results: Ginsenoside CK pretreatment could attenuate mitochondrial translocation of DRP1, mitophagy, mitochondrial apoptosis, and neuronal bioenergy imbalance against cerebral I/R injury in both in vitro and in vivo models. Our data also confirmed that ginsenoside CK administration could reduce the binding affinity of Mul1 and Mfn2 to inhibit the ubiquitination and degradation of Mfn2, thereby elevating the protein level of Mfn2 in cerebral I/R injury. Conclusion: These data provide evidence that ginsenoside CK may be a promising therapeutic agent against cerebral I/R injury via Mul1/Mfn2 mediated mitochondrial dynamics and bioenergy.

내독소에 의한 말초혈액 단핵구의 IL-1beta, IL-6, TNF-alpha와 TGF-beta 생성에 관한 연구 (Lipopolysaccharide-induced Synthesis of IL-1beta, IL-6, TNF-alpha and TGF-beta by Peripheral Blood Mononuclear Cells)

  • 정성환;박춘식;김미호;김은영;장헌수;기신영;어수택;문승혁;김용훈;이희발
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제45권4호
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    • pp.846-860
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    • 1998
  • 연구배경: 내독소는 생체 내에서 단구와 내피세포에 강한 자극을 주나 호중구, 림프구, 호염기구, 섬유모세포 등 여러 세포에도 자극효과가 있어 염증반응이 시작된다. 그중 대식세포는 내독소의 자극을 받아 활성화되면 interleukin-1 (IL-1), IL-6, tumor necrosis factor-alpha (TNF-$\alpha$)를 분비하여 조직손상을 일으킨다. 내독소의 작용기전은 CD14 의존성 경로와 비의존성 경로의 두 개로 나뉘어진다. 체내로 들어온 내독소는 혈청 내에서 내독소 운반에 관여하는 LPS-binding protein(LBP)과 결합하여 혈중내에서 세포와 결합되거나 조직으로 이동되어 조직내 세포와 결합하게 된다. 그러나 고농도의 LPS는 CD14항원에 비의존적으로 대식세포를 자극 할 수 있는 것으로 알려져 있다. 현재까지 LPS자극에 의한 대식세포의 CD14 항원 의존성 IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$의 형성과정은 많이 밝혀져 있으나, 내독소에 의한 TGF-$\beta$의 형성 여부는 밝혀져 있지 않으며, CD14 항원 비의존성으로 IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$ TGF-$\beta$가 형성되는 과정도 별로 밝혀져 있지 않다. 본 연구에서는 혈청이 없는 상태 (LBP가 없는 상태)에서, 즉 LPS 자극시 LBP-CD14 비의존성으로 말초혈액단핵구에서 형성된 proinflammatory cytokines인 IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$과 섬유화 cytokine인 TGF-$\beta$의 생성유무를 규명하고자 하였다. 방 법: 정상인의 헤파린 처리된 말초혈액정맥혈을 비중 1.077의 Ficoll-Hypaque 용액 위에 중첩시킨 후 500g에서 30분간 원심분리하여 말초혈액단핵구를 얻었다. 분리된 말초혈액단핵구를 우태아혈청이 없는 RPMI에 부유시킨 후 $37^{\circ}C$, 5% $CO_2$ 보온기에서 0.1 ${\mu}g$, 1 ${\mu}g$, 10 ${\mu}g$, 100 ${\mu}g/ML$의 LPS와 1, 2, 4, 8, 12, 24, 48 시간 혼합 배양 후 상층액을 분리하여 IL-6, TNF-$\alpha$, TGF-$\beta$의 측정 cytokines의 양을 bioassay로 측정하였다. 세포층은 slide에 고정시킨 후 단 클론 항체를 이용한 이중 면역조직화학염색법과 RNA probe를 이용한 in situ hybridization에 이용하였다. 결 과: 실험사약내 내독소 존재 여부에 대한 검증결과 내독소 함유량은 10 ng/mL 이하로 되어 있어 본 실험에서는 10 ng/mL 이상의 농도로 실험을 하였기 때문에 오염된 내독소는 실험에 영향이 없었을 것으로 사료되었다. 말초혈액단핵구에서 LPS 자극에 의하여 IL-6는 1시간째부터 형성되기 시작하였으며 96 시간까지 지속적으로 상승하였고 LPS용량의존성으로 형성됨을 알 수 있었다. TNF-$\alpha$는 LPS 자극 4시간째부터 상승하기 시작하여 시간이 갈수록 생성양은 증가하며 72 시간째까지 지속적으로 형성되었다. TGF-$\beta$형성도 LPS 용량에 의존성을 보이며 8시간째 일차로 TGF-$\beta$의 형성이 증가 한 후 12 시간째는 오히려 감소하였다가 시간이 지남에 따라 다시 증가하여 2차로 96 시간에 최대 형성을 보였다. 각각 cytokine의 24시간째 생성양은 IL-6의 경우 $1{\times}10^5/mL$의 말초혈액단핵구에서 10 ${\mu}g/mL$의 LPS에 의해서 19.8 ng 이 생성되었고 LPS 자극이 없는 상태의 자연생성능도 3.2 ng이었으며, $1{\times}10^6/mL$의 말초혈액단핵구에 의해서 자연 생성양은 증가하여 24시간째에 0.38 ng/mL, 10명/mL의 농도에서 24시간째 4.1 ng/mL의 TNF-$\alpha$의 생성능을 보였다. TGF-$\beta$의 경우 $2{\times}10^6/mL$의 말초혈액단핵구에 의하여 34.4 pg/mL가 생성되었고 자연생성능은 5.2 pg/mL의 생성농을 보였다. 말초혈액단핵구의 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$, TGF-$\beta$ 단백과 m-RNA 발현 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$단백은 주로 단구세포에서, TGF-$\beta$ 단백은 단구세포와 림프구에서 발현되었으며, CD14항원 발현과는 상관이 없었다. TNF-$\alpha$, IL-1$\beta$, IL-6, TGF-$\beta$ m-RNA 양성세포는 주로 세포질이 풍부한 것으로 보아 단구세포로 사료되었다. TGF-$\beta$의 경우 단구세포외에도 세포질이 적은 림프구에서도 약하게 양성반응을 보여 링프구에서도 분비될 가능성을 보여 주었다. 결 론: 내독소로 말초혈액 단핵구를 자극시 IL-6, TNF-$\alpha$는 조기에 분비되기 시작하며 TGF-$\beta$는 후기에 분비되기 시작하여 96시간까지 지속적으로 분비된다. 주 분비세포는 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$의 경우 단구세포가 되며 TGF-$\beta$도 단구세포가 주세포가 되나 림프구도 분비에 관여한다.

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