Model Systems in Radiation Biology; Implication for Preclinical Study of Radiotherapy

Wanyeon Kim(김완연),Ki Moon Seong(성기문),Hee Jung Yang(양희정),HyeSook Youn(윤혜숙),BuHyun Youn(윤부현) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.11

방사선 생물학에서 방사선에 대한 반응으로 매개되는 다양한 기작에 대한 분석을 위해 여러 종류의 모델 생물체를 사용해 왔다. 모델 생물체는 생물학적으로 온전한 in vivo 환경을 제공할 수 있기 때문에 방사선에 의해 발생되는 세포 내 현상은 물론 생리적인 현상이나 병리학적인 현상을 규명하는 데 있어서 모델 생물체를 사용하는 것은 효과적인 방법이 될 수 있다. 지금까지 축적된, 모델 생물체를 이용한 방사선 생물학적 연구결과들은 새로운 방사선치료 보조제의 개발, 방사선치료 효율 증진 등에 적용되어 여러 질병에 대한 임상연구의 기초가 되어왔다. 이렇게 유용하게 사용된 여러 모델 생물체에 있어서, 각각의 모델에 대한 개별적인 정보에 대한 연구는 다양한 방면에서 이루어지고 있지만, 통합적인 비교, 분석 및 정리를 한 경우는 부족한 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 방사선 생물학에서 지금까지 많이 사용된 모델 생물체 4종(효모, 예쁜꼬마선충, 초파리, 생쥐)에 대해 각 생물체가 갖는 모델로써의 특징과 장단점 그리고 방사선 생물학 연구에 이용된 사례 등을 서술하고자 한다. In radiation biology, analysis of various mechanisms in response to radiation has been accomplished with the use of model organisms. These model organisms are powerful tools for providing a biologically intact in vivo environment to assess physiological and pathophysiological processes affected by radiation. Accumulated data using these models have been applied to human clinical studies (including the evaluation of radiotherapeutic efficacy) and discovery of radiotherapy reagents. However, there are few studies to provide overall integrated information about these useful model organisms. Thus, this review summarizes the results of radiation biology studies using four well-known model organisms: yeast, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, and mice.

TFAP2C Promotes Cell Proliferation by Upregulating CDC20 and TRIB3 in Non-small Cell Lung Cancer Cells

Dain Kim(김다인),Hyunhee Do(도현희),JiHoon Kang(강지훈),BuHyun Youn(윤부현),Wanyeon Kim(김완연) 한국생명과학회 2019 생명과학회지 Vol.29 No.6

전세계적으로 폐암 발병율은 서서히 감소하는 추세이지만, 여전히 암 관련 사망의 주요 원인으로 지목되고 있으며, 이에 따라 폐암 진단과 치료를 위한 새로운 분자적 지표를 발굴하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구진이 수행한 기존 연구에 따르면 폐암 환자에게서는 전사인자 중 하나인 TFAP2C가 높은 비율로 발현되며, 이 전사인자를 통해 폐암 발달에 상당한 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었다. TFAP2C는 다른 유전자들의 발현을 조절하여 암 형성에 기여하게 된다. 마이크로어레이 분석을 통해 TFAP2C에 의해 발현양이 조절되는 잠재적 표적 유전자들을 확인하였고, 특히 TFAP2C siRNA를 처리하였을 때 발현이 감소되는 원암유전자들 중 CDC20과 TRIB3 유전자를 최종적으로 선별하였다. 리얼타임 qRT-PCR과 웨스턴블롯을 통하여 두 유전자가 TFAP2C에 의존적으로 발현됨을 확인하였으며, 세포 생존 분석법을 통하여 CDC20과 TRIB3의 발현 증가가 폐암세포의 세포 증식을 유의미하게 유도하는 것을 확인하였다. 이와 더불어, CDC20과 TRIB3의 과발현이 폐암세포의 세포사멸 수준을 감소시켜 폐암 형성에 관여함을 확인하였다. 본 연구를 통하여 CDC20과 TRIB3가 폐암 형성을 유도할 수 있는 잠재적인 원암유전자로 기능함을 밝힐 수 있었으며, 두 유전자가 폐암 진단을 위한 표적유전자로서의 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대한다. Non-small cell lung cancer (NSCLC) has the infamous distinction of being the leading cause of global cancer-related death over the past decade, and novel molecular targets are urgently required to change this status. We previously conducted a microarray analysis to investigate the association of transcription factor activating enhancer-binding protein 2C (TFAP2C) with NSCLC and revealed its oncogenic roles in NSCLC development. In this study, to identify new biomarkers for NSCLC, we focused on several oncogenes from the microarray analysis that are transcriptionally regulated by TFAP2C. Here, the cell division cycle 20 (CDC20) and tribbles pseudokinase 3 (TRIB3) were subsequently found as potential potent oncogenes as they are positively regulated by TFAP2C. The results showed that the mRNA and protein levels of CDC20 and TRIB3 were down-regulated in two NSCLC cell lines (NCI-H292 and NCI-H838), which were treated with TFAP2C siRNA, and that the overexpression of either CDC20 or TRIB3 was responsible for promoting cell viability in both NSCLC cell lines. In addition, apoptotic levels of NCI-H292 and NCI-H838 cells treated with TFAP2C siRNA were found to be suppressed by the overexpression of either CDC20 or TRIB3. Together, these results suggest that CDC20 and TRIB3 are positively related to NSCLC tumorigenesis and that they should be considered as potential prognostic markers for developing an NSCLC therapy.

High Yield Bacterial Expression and Purification of Active Cytochrome P450 p-coumarate-3-hydroxylase (C3H), the Arabidopsis Membrane Protein

Hee Jung Yang(양희정),Wanyeon Kim(김완연),Young Ju Yun(윤영주),Ji Won Yoon(윤지원),TaeWoo Kwon(권태우),HyeSook Youn(윤혜숙),BuHyun Youn(윤부현) 한국생명과학회 2009 생명과학회지 Vol.19 No.8

다양한 천연물의 합성대사에 관여하는 식물 cytochrome P450 (P450s)은 그 기능적 다양성에도 불구하고, 이들 효소의 광범위한 기질 특이성을 설명해 줄 수 있는 구조분석에 대해서는 충분한 연구가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 식물 p-coumarate 3-hydroxylase (C3H)에 의해 매개되는 효소 반응은 lignin 과 다양한 phenylpropanoid 부산물들의 생합성에 매우 중요한 것으로 여겨지지만, 막 단백질인 C3H의 발현 및 정제가 효과적으로 이루어지지 못하여, 활성을 측정하기 위한 분석방법이 체계화 되지 못하고 있다. C3H의 작용기작과 기질특이성에 대해 폭넓은 이해를 위한 구조분석의 선행단계는 활성을 갖는 C3H를 밀리그램 단위로 분리, 정제하는 실험적 방법을 확립하는 것이라 할 수 있다. 이를 위해, 본 연구에서는 다양한 돌연변이 방법을 도입하여 식물 막단백질 C3H를 대장균 시스템에서 효과적으로 발현 및 정제할 수 있는 시스템을 사용하였다. 변형된 cytochrome P450 C3H (C3Hmod)을 세포막으로부터 고농도의 염완충용액을 이용하여 계면활성제 없이 추출하였으며, 2단계 chromatography를 통해 활성을 유지한 상태로 분리할 수 있었다. 이러한 실험적 기법은 NMR 및 X-ray crystallography와 같은 구조분석을 통한 C3H의 효과적인 분석에 적용될 수 있을 것이며, 또한 다른 식물 cytochrome P450 단백질의 효과적인 분석에도 적용 될 수 있을 것이다. The cytochrome P450s (P450s) metabolizing natural products are among the most versatile biological catalysts known in plants, but knowledge of the structural basis for their broad substrate specificity has been limited. The activity of p-coumarate 3-hydroxylase (C3H) is thought to be essential for the biosynthesis of lignin and many other phenylpropanoid pathway products in plants however, all attempts to express and purify the protein corresponding C3H gene have failed. As a result, no conditions suitable for the unambiguous assay of the enzyme are known. The detailed understanding of the mechanism and substrate-specificity of C3Hdemands a method for the production of active protein on the milligram scale. We have developed a bacterial expression and purification system for the plant C3H, which allows for the quick expression and purification of active wild-type C3H via introduction of combinational mutagenesis. The modified cytochrome P450 C3H (C3Hmod) could be purified in the absence of detergent using immobilized metal affinity chromatography and size exclusion chromatography following extraction from isolated membranes in a high salt buffer and catalytically activated. This method makes the use of isotopic labeling of C3H for NMRstudies and X-ray crystallography practical, and is also applicable to other plant cytochrome P450 proteins.

Circadian Clock Genes, PER1 and PER2, as Tumor Suppressors

Beomseok Son(손범석),Hyunhee Do(도현희),EunGi Kim(김은기),BuHyun Youn(윤부현),Wanyeon Kim(김완연) 한국생명과학회 2017 생명과학회지 Vol.27 No.10

암을 포함한 다양한 인간의 질병 발생이 circadian clock 유전자의 변형된 발현 양상과 깊은 연관관계를 나타내고 있다. 세포 주기와 세포 성장은 circadian rhythm과 연결되어 있으며, 이를 조절하는 clock 유전자의 비정상적인 발현은 결국 종양 발생과 암의 발달을 유발하게 된다. Circadian clock에 관한 분자적 기전은 다수의 clock activator와 clock repressor의 통합적인 조절에 따른 전사 및 번역이 포함된 음성피드백 고리로 구성되어 있다. 이러한 circadian rhythm의 자동조절 기전에 의해 전체 유전체의 약 10~15%가 전사 수준에서 영향받는 것으로 나타났다. 많은 clock 유전자들 중, Period 1 (Per1)과 Period 2 (Per2)는 clock repressor 유전자로 정상적인 생리적 리듬을 조절하는 것에 기여한다. PER1과 PER2는 cyclin, CDK, CKI를 포함하는 세포 주기 조절자의 발현에 관여함이 밝혀졌으며, 다양한 암에서 PER1과 PER2의 발현 감소가 보고되었다. 따라서, 본 논문에서는 PER1과 PER2의 circadian rhythm에서의 분자적 기능과 종양 발생과 관련된 PER1과 PER2의 하위 표적인자에 대해 살펴보고, 암 치료를 위한 새로운 치료 표적과 암의 예후를 예측하기 위한 분자 지표로써의 PER1과 PER2의 가능성에 대해 서술하고자 한다. Disruptive expression patterns of the circadian clock genes are highly associated with many human diseases, including cancer. Cell cycle and proliferation is linked to a circadian rhythm; therefore, abnormal clock gene expression could result in tumorigenesis and malignant development. The molecular network of the circadian clock is based on transcriptional and translational feedback loops orchestrated by a variety of clock activators and clock repressors. The expression of 10~15% of the genome is controlled by the overall balance of circadian oscillation. Among the many clock genes, Period 1 (Per1) and Period 2 (Per2) are clock repressor genes that play an important role in the regulation of normal physiological rhythms. It has been reported that PER1 and PER2 are involved in the expression of cell cycle regulators including cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs), and CDK inhibitors. In addition, correlation of the down-regulation of PER1 and PER2 with development of many cancer types has been revealed. In this review, we focused on the molecular function of PER1 and PER2 in the circadian clock network and the transcriptional and translational targets of PER1 and PER2 involved in cell cycle and tumorigenesis. Moreover, we provide information suggesting that PER1 and PER2 could be promising therapeutic targets for cancer therapies and serve as potential prognostic markers for certain types of human cancers.

TPOX 유전자 STR 서열 분석에 관한 분자생물학 실험 프로그램 개발 및 적용

노정욱 ( Jungwook Roh ),조재형 ( Jaehyoung Jo ),서단비 ( Danbi Seo ),김완연 ( Wanyeon Kim ) 한국현장과학교육학회 2021 현장과학교육 Vol.15 No.2

일반 고등학교 현장에서 적용 가능한 분자생물학 실험 프로그램을 개발하고자 법의학에 주로 이용하는 유전자 지문을 소재로 선정하였다. 프로그램은 학생들이 자신의 구강상피 속 DNA를 추출하여 TPOX 유전자의 STR 서열을 증폭시키는 과정과 그 결과를 다른 학생들과 비교하는 과정으로 이루어졌다. 수업 프로그램에 대한 효과를 분석하기 위해 분자생물학 실험 프로그램을 수강 신청한 10명을 대상으로 사전·사후 검사가 이루어졌으며 추가적으로 면담조사도 이루어졌다. 연구 결과, 프로그램 만족도 측면에서 연구 집단 모두 만족해하고 있으며 수업 내용을 이해하는 데 어려움이 없는 것으로 나타났다. 또 유전자 검사에 대한 이해도와 신뢰도, DNA와 유전자의 관계에 대한 지식, 분자생물학 실험에 대한 흥미 및 진로에 대한 관심 모두 향상된 것으로 나타났으며 이에 대한 추가 면담조사에서도 매우 긍정적인 반응을 보였다. 따라서 개발된 본 프로그램이 일반고 학생들의 분자생물학 관련 지식 및 흥미 향상과 진로 선택에 도움이 될 것이라 기대한다. In order to develop a molecular biology experiment program that can be applied in the field of general high schools, genetic fingerprints, which are mainly used in forensics, were selected as the material. The program consisted of students extracting DNA from their oral epithelium and amplifying the STR sequence of the TPOX gene and comparing the results with other students. In order to analyze the effects of the class program, pre- and post-tests were conducted on 10 students who applied for the molecular biology experiment program, and additional interviews were also conducted. As a result of the study, it was found that both the research group were satisfied with the program satisfaction and there was no difficulty in understanding the course content. In addition, the understanding and reliability of genetic testing, knowledge of the relationship between DNA and genes, interest in molecular biology experiments, and areas of interest in careers all improved, and further interviews showed a very positive response. Therefore, it is expected that this developed program will help general high school students to improve their knowledge and interest, and to select career path in molecular biology.