Database construction of small–molecule inhibitors as bovine viral diarrhea virus (BVDV) RNA-dependent RNA polymerase: a cheminformatics approach

채한화,최봉환,박종은,김의형,조용민,임다정 충북대학교 동물의학연구소 2017 Journal of Biomedical and Translational Research Vol.18 No.1

Bovine viral diarrhea virus (BVDV) is a major pathogen that may be one of the main reasons for economic losses in the livestock industry. BVDV is a well-characterized member of Flaviviridae family with plus-stranded RNA viruses. Non-structural NS5B protein is RNA-dependent RNA polymerase, which is responsible for viral RNA synthesis and genome replication of BVDV. Therefore, the NS5B polymerase is a key target for the discovery of anti-BVDV drugs. A number of small-molecule inhibitors against the NS5B polymerase have been reported in literature of which we collected series molecules having various scaffold with their biological data determined by evident experimental conditions, methods and procedures. Then, we constructed database of 655 small-molecule NS5B inhibitors having definitive activity values, structural parameters, and physicochemical properties (such as molecular hydrophobicity, hydrophilicity, polarity, H-bond donors and H-bond acceptors) associated with their absorption and permeability through a cheminformatics approach. The database was opened to provide insight for allosteric NS5B inhibitors of BVDV with an accessible platform on the web (http://nabic.rda.go.kr/chemical genomic database/BVDV RNA dependent RNA polymerase inhibitors). This molecular information in the database would be useful in attempting to identify features and decision factors that enhance anti-BVDV activity or increase selectivity of the allosteric inhibitor. These anti-BVDV molecules could also be screening for the purpose of exploiting potent NS5B inhibitors in the same family (e.g., HCV, CSFV, YFV, WNV, and DENV).

인산분해효소 첨가에 따른 1주령 육계의 맹장 내 에너지 대사 관련 유전자 발현에 미치는 영향

채한화,최현지,홍의철,차지혜,임다정,박원철 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.6

육계 사료 내 영양성분(조단백질, 인산분해효소)의 과잉 공급은 사료효율을 감소시키고 분뇨 내 질소와 인의배설을 증가시킨다. 이로 인해 환경부하가 증가된다. 육계의 성장단계에 적합한 사료원료의 함량으로 영양소 이용률을높여 질소와 인의 배설로 인한 환경부하를 줄이기 위해 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 1주령 육계 36수를 대상으로사료 내 조단백질과 인산분해효소 첨가에 따라 유의미한 차등발현 유전자의 발현양상과 반응경로를 분석하였다. 이는전사체(RNA-seq, edge-R) 및 기능적 연구로 분석 되었다. 그 결과, 1주령 육계의 맹장에서 사료 내 인산분해효소의첨가량(1,000ppm에서 500ppm)이 감소함에 따라 에너지 대사와 관련된 131개 차등발현 유전자를 발굴하였다. 이 차등발현 유전자는 인산가수분해반응의 역반응인 인산화효소에 의해 활성화된 1) 단백질 자가인산화, 2) 산화적인산화 반응 등으로 ATP 에너지 생성과 관련 기능을 한다. 또한, 인산화효소에 의한 단당류(과당이나 만노스)의 인산화를 통해포도당 합성에 관여하는 유전자의 발현이 증가하였다. 이번 연구의 결과는 1주령 육계의 사료 내 인산분해효소 첨가수준에 따라 에너지 대사 기능이 어떻게 조절되고 영양분 사용이 성장에 어떤 영향을 미치는 지에 대한 정보를 제공할것이다.

약물 유사 화합물의 물리화학적 성질 기반 다양성 평가

채한화,박원철,임다정 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.6

약물 유사 화합물은 동일한 목표단백질에 작용한다는 가정 하에서 특정 약물과 유사한 구조와 물리화학적 특성을가진 화합물을 말한다. 이때 약물 유사성은 약물의 흡수, 분포, 대사, 배설, 독성과 관련된 몇 가지 분자 매개변수(물용해도, 옥탄올-물 분배계수, 극성표면적, 회전결합수 등)에 의해 정의된다. 본 연구의 목적은 Pubchem BioAssays에등록된 11,144개 화합물에 대해 약물유사성, 물리화학적 성질과 구조에 대한 유사성을 평가하기 위해 약물 유사 화합물의 물리화학적 성질 기반 다양성을 알아보고자 하는 데 있다. Pubchem 데이터베이스 내 11,144개 화합물의 2D-구조로부터 물리화학적 성질과 ADMET 분자표현자를 계산했다. 이를 통해 화합물의 약물 가능성(QED score, Lipinski and Veber et al)을 측정하였고, 물리화학적 특성과 분자구조 다양성을 기반으로 약물 유사도를 평가하여 우선순위를결정하였다. 사례 연구로, 표적단백질에 대한 정보 없이 항녹내장제 유효화합물(AL-3750A, 세로토닌 5HT2 수용체 조절)과 유사한 물리화학적 성질 및 구조를 갖는 화합물을 발굴하였다. 상위 5%내 유사한 화합물들 중에서 구조유사성을가진 화합물들은 세로토닌을 포함한 멜라토닌의 생성과 분해를 조절하는 역할을 하는 반면에, 물리화학적 성질이 유사한화합물들은 다른 구조와 기능을 가졌다. 결과적으로, 약물 유사 화합물의 물리화학적 성질 기반 다양성 평가는 화합물을군집으로 분류하는 데 적용할 수 있으며, 다양한 구조의 선도물질을 발굴 및 최적화 하는 데 활용할 수 있다.

피코나바이러스와 숙주세포 내 유입 수용체간의 상호작용에 대한 구조 및 기능적 이해

채한화,임다정 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.7

Picornaviruses are a large family of small non-enveloped (+)single-stranded RNA viruses which cause a wide range of diseases in humans and animals. However, many of these viruses are not susceptible to currently available antivirals. We, therefore, review capsid proteins as suitable targets for genetic materials that can be used for the development of inhibitors that can interfere with the picornavirus entry receptors in host cells. Host factors that are critical to the viral uncoating process may also form excellent targets for the inhibition of picornavirus replication. This review also sought to understand the interactions of picornavirus-host receptors (such as their entry, attachment, and decoy receptors). This would provide improved insights for formulating strategies to develop new inhibitors that block these viral invasions. Researchers should consider strategies such as antiviral agent combinations to regulate virus structural stability, for example, by capsid engineering for improved vaccines, and to neutralize viral infections, for example, by the use of receptor mimics. Additionally, combining viral inhibitors with different functional mechanisms and resistant profiles can create synergistic antiviral effects by modifying the physical properties of existing antiviral agents. Last, the peptide-based antiviral strategy should be explored either as an alternative or as a complementary therapy with antiviral small molecules to improve antiviral potency and increase the resistance barriers of the inhibitors. 피코르나바이러스는 감염에 대한 치료를 위해 사용 가능한 항바이러스제가 없는 다양한 병원체를 포함하고 있는 매우 큰 바이러스과이다. 피코르나바이러스는 인간과 척추동물에서 질병을 유발하는 작고 외피가 없는 양성 단일가락의 RNA 바이러스이다. 그래서 우리는 피코르나바이러스의 캡시드 단백질을 숙주세포 내 유입 수용체를 방해할 수 있는 저해제를 개발하는 데 적합한 표적으로 리뷰하였다. 또한, 피코르나바이러스의 탈외피과정에 결정적인 역할을 하는 숙주 인자들도 피코르나바이러스 복제를 억제하기 위한 좋은 표적이다. 이 리뷰에서 피코르나바이러스-숙주 수용체(이입, 부착, 그리고 유인 수용체)간의 상호작용에 대한 이해는 바이러스의 침입을 차단하기 위한 새로운 저해제의 개발 전략에 개선된 이해를 제공할 것이다. 연구자들은 백신을 개선하기 위해 캡시드 공학기술로 바이러스의 구조 안정성을 조절하는 것과 수용체 모방체를 이용하여 바이러스를 중화하는 데에 항바이러스제제 조합을 고려해야한다. 추가적으로, 다른 작용기전과 저항 프로파일을 가진 바이러스 억제제의 조합은 기존의 항바이러스제제의 물리적 성질을 변형함으로써 항바이러스 시너지효과를 생성할 수 있다. 마지막으로, 펩타이드 기반 항바이러스 전략은 항바이러스 잠재성 개선과 저해제의 저항 장벽을 높이기 위해 작은 항바이러스 분자의 대안 또는 보조물질로 탐색하는 것이다.

긴꼬리닭 암컷에서 환우 연관 유전자군 발현 연구

채한화(Han-Ha Chai),노윤정(Yunjeong Noh),최현지(Hyunji Choi),임다정(Dajeong Lim) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.1

T-세포 항원 수용체 매개 신호전달 조절자로서 돼지 CD45RO 구조특성

채한화(Han-Ha Chai),임다정(Dajeong Lim) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.9

백혈구 공통 항원인 돼지 CD45는 PTPRC 유전자에 암호화 되어 있으며, CD45엑손의 선택적 스플라이싱에 따라 다른 T-세포에서 발현되는 티로신 인산분해효소이다. CD45는 기질인 TCR의 CD3ζ 사슬, Lck, Fyn, Zap-70 kinase의 인산화된 티로신에서 인산을 분해하여 T-세포 항원 수용체(TCR) 매개 신호전달을 조절한다. CD45의 조절이상은 많은 면역 질환과 관련이 있어서, CD45는 면역약물 개발에 표적이 되어왔다. TCR 신호전달의 조절효과를 가진 주요 구조적 특징을 특성화하기 위해, 사람의 알려진 CD45 구조를 템플릿으로 적용하여 돼지 CD45RO(가장 작은 CD45 isoform)의 단백질 구조와 예측된 돼지 CD45RO 모델구조에 CD3ζ 사슬의 ITAM(REEpYDV)를 도킹하여 CD45RO/ITAM 펩타이드 결합구조를 예측하였다. 돼지 CD45RO의 구조적 특징은 세포외영역의 구조견고성과 세포질내 티로신 인산분해효소 도메인의 KNRY와 PTP signature 기능모티프(두 기능 모티프는 ITAM 펩타이드 결합부위의 좁은 입구로 역할)에 있었다. 주요 구조특성은 돼지 CD45RO-ITAM 펩타이드 결합구조 안정성과 결합친화력을 조절하면서 기질 선택성에 영향을 준다. 돼지 CD45RO의 구조적 특성은 T-세포에 특이적인 면역 조절제를 탐색하는 데에 적용될 것이다. Pig CD45, the leukocyte common antigen, is encoded by the PTPRC gene and CD45 is a T cell-type specific tyrosine phosphatase with alternative splicing of its exons. The CD45 is a coordinated regulator of T cell antigen receptor (TCR) signal transduction achieved by dephosphorylating the phosphotyrosine of its substances, including CD3ζ chain of TCR, Lck, Fyn, and Zap-70 kinase. A dysregulation of CD45 is associated with a multitude of immune disease and has been a target for immuno-drug discovery. To characterize its key structural features with the effects of regulating TCR signaling, this study predicted the unknown structure of pig CD45RO (the smallest isoform) and the complex structure bound to the ITAM (REEpYDV) of CD3ζ chain via homology modeling and docking the peptide, based on the known human CD45 structures. These features were integrated into the structural plasticity of extracellular domains and functional KNRY and PTP signature motifs (the role of a narrow entrance into ITAM binding site) of the tyrosine phosphatase domains in a cytoplasmic region from pig CD45RO. This contributes to the selective recognition of phosphotyrosine from its substrates by adjusting the structural stability and binding affinity of the complex. The characterized features of pigCD45RO can be applied in virtual screening of the T-cell specific immunomodulator.

다양한 종에서 하우스키핑 유전자 선택의 중요성

채한화(Han-Ha Chai),노윤정(Yun Jeong Noh),노희종(Hee-Jong Roh),임다정(Dajeong Lim) 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.8

하우스키핑 유전자는 에너지생성, 물질합성, 세포사멸 및 세포방어 등과 같은 세포의 기본적인 기능을 수행하기 때문에 모든 유기체의 세포에서 발현된다. 세포의 기본적인 기능을 유지하기 때문에 발현 수준이 상대적으로 일정하여 단백질 발현 및 목적 유전자의 mRNA 발현 분석 등과 같은 유전자 발현 연구에서 기준 유전자로 사용되고 있다. 그러나 이들 유전자의 발현 수준은 조직과 세포마다 다를 수 있으며, 특정 환경 하에서 변할 수 있다. 그러므로 하우스키핑 유전자의 발현 안정성을 탐색하여 유전자 발현 연구에서 최적의 기준 유전자를 선택하는 것이 중요하다. 이 리뷰는 문헌을 통해 인간, 닭, 돼지 그리고 쥐에서 발견된 하우스키핑 유전자를 요약하고, geNorm, NormFinder 그리고 BestKeeper 소프트웨어를 통해 발현 안정성을 추정하였다. 하우스키핑 유전자의 발현 안정성에 대한 탐색은 유전자 발현 연구에서 실험 조건에 따라 가장 적합한 기준 유전자를 선별할 수 있고, 데이터의 정규화를 위해 적용될 수 있다. Housekeeping genes are expressed in cells of all organisms and perform basic cellular functions such as energy generation, substance synthesis, cell death, and cell defense. Accordingly, the expression levels of housekeeping genes are relatively constant, and thus they are used as reference genes in gene expression studies, such as protein expression and mRNA expression analysis of target genes. However, the levels of expression of these genes may be different among various tissues or cells and may change under certain circumstances. Therefore, it is important to select the best reference gene for specific gene expression research by exploring the stability of housekeeping gene expression. This review summarizes housekeeping genes found in humans, chickens, pigs, and rats in the literature and estimates expression stability using geNorm, NormFinder, and BestKeeper software. The most suitable reference housekeeping gene can selected based on expression stability according to the experimental conditions of the gene expression study and can thus be applied to data normalization.

긴꼬리닭의 깃털조직에 대한 차등 메탈화 영역 유전자 연구

최현지,채한화,임다정,박원철,박종은 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.6

To identify the regulatory factors of gene expression for the breed-specific phenotype of long-tailed chicken, we focused on whole genome DNA methylation. The differential methylated regions (DMR) containing methylated CpG sites have an important effect on disease progression compared to single CpG sites. In this study, the DNA data of the tissues of long-tailed fowls were used. These were mapped to the reference sequence of chicken using the sequence analysis software Bowtie2. The genome-wide DNA methylation profiling was carried out through the MEDIPS package. Accordingly, the CpG counts of the entire chromosome were identified and the DMR genes related to the tongue-to-feather trait (logFC>0 and p-value<0.01) were selected based on statistical significance. The function of the DMR gene was identified by gene ontology and the results were visualized as a circos plot. Thus, DNA methylation was carried out to confirm the CpG region. The DMR genes of the chest feather, tail feather, and tibialis posterior feather were confirmed to be numbers 48, 6 and 472, respectively. In particular, the Wnt-signaling pathway was activated in the tissue of the tibialis posterior feather, where the highest number of genes were found in the DMR. It thus appears that the epigenetic aspect of the specific traits of long-tailed males such as tail feathers and molting can be interpreted better through genome-wide DNA methylation. 긴꼬리닭의 품종 특이 표현형에 대한 유전자 발현의 조절인자를 구명하기 위해서, 전장 유전체에서 DNA-메틸화를 중심으로 살펴보았다. 메틸화된 CpG 부위를 포함하는 차등 메틸화 영역(DMR)은 단일 CpG 부위와 비교하여 질병 진행에 중요한 영향을 미친다. 본 연구는 긴꼬리닭 수컷의 조직샘플에서 생산한 DNA 데이터를 이용하여 메틸화 분석을 수행했다. Bowtie2를 이용하여 참조서열에 맵핑하였다. MEDIPS 패키지를 통해 전장유전체에서 DNA 메틸화 분석을 했다. 이를 통해 전체 염색체의 구역별 CpG 수를 확인했고 통계적인 유의 기준으로(logFC > 0 및 p-value < 0.01) 혀 대비 깃털 조직 관련 DMR 유전자를 선별하였다. DMR 유전자들은 유전자 온톨로지(GO) 분석을 통해 기능을 확인하였으며, Circos plot을 사용해 연구 결과를 시각화하였다. 결과적으로 DNA 메틸화 분석을 통해 조직별 CpG 영역을 확인하였고 가슴 깃, 꽁지깃, 꽁지 부근 깃에서 각각 48개, 6개, 472개 DMR 유전자를 확인하였다. 특히 가장 많은 수의 차등 메틸화 영역 유전자가 나온 꽁지 부근 깃털 조직에서 Wnt-신호전달 경로가 활성화됐다. 긴꼬리닭 수컷의 특이적인 형질인 꽁지깃 및 환우에 대하여 후성 유전학적 측면의 해석이 가능할 것으로 보인다.

Optimum range of weight-age data for estimationof growth curve parameters in Korean native chicken

임다정,박종은,채한화,김준모,이경태,조용민 충북대학교 동물의학연구소 2017 Journal of Biomedical and Translational Research Vol.18 No.2

With emphasis on native genetic resource, Korean native chicken is one of the major native breeds in poultry in Korea. The weight-age data from 216 pullets of Korean native chicken were used to fit the growth curve using Gompertz model. Live weights have been recorded every three weeks for 36 weeks for 5 strains. All available weight data from birth to the 6 specific ages of week were used for the estimation of parameters. The variation in estimates of mature weight (A) decreased with the increase of age 21 through 36 weeks for all 5 strains studied. However, the variation of rate of maturing (k) showed a tendancy increase with the increase of age. These results indicate that the fitting of growth curve is getting more stable for asymptotic value (A) and more flexible for curve shape (k) with the increase of weight-age data range. Correlations among estimates of A and among estimates of k at various ages showed the highest range of 0.93 ~ 0.99 between 30 and 36 weeks except for the maturing rate (k) of red brown strains. The correlations between A and k tended to fluctuate and were not significant statistically at various ages. Thus, the estimates of growth curve parameters, A and k suitable for genetic studies in Korean native chicken can be derived from accumulated weight-age data after 30 weeks of age.

Anti-inflammatory effects of osthole in peripheral blood mononuclear cells from Hanwoo (Bos taurus coreanae)

김승창,이승환,채한화,김의형,정기용,장선식,최봉환 충남대학교 농업과학연구소 2019 Korean Journal of Agricultural Science Vol.46 No.3

Due to the ban on the use of antibiotics, interest has been increasing for the development of therapeutic agents to treat various diseases using natural resources. Osthole, a natural coumarin compound used in traditional Chinese medicines, exerts an anti-inflammatory effect, but its effects in cows remain unknown. In this study, the effect of osthole on lipopolysaccharide (LPS)- or concanavalin-A (Con-A)- stimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) was assessed. Jugular venous blood was collected from Korean calves, and PBMCs were isolated. They were then used to study the immune response of PBMCs to treatment with osthole and LPS or Con-A for 72 h by measuring inflammatory cytokines including tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interferon-γ (IFN-γ). Osthole significantly inhibited the mRNA secretion of TNF-α and IFN-γ in a dose-dependent manner. Therefore, osthole inhibited LPS- or Con-A- induced TNF-α and Con-A-induced IFN-γ production significantly in dose-dependent manner. These results clearly suggest that osthole inhibited the LPS- or Con-A- stimulated upregulation of pro-inflammatory cytokines in a dose-dependent manner, without causing obvious cytotoxic effects. Osthole could also protect cows from LPS- or Con-A- induced endotoxin shock, possibly by inhibiting the production of pro-inflammatory cytokines, which suggests that osthole might be a novel therapeutic agent for the prevention of inflammatory diseases.