A study on the method of improving the acoustic performance of active structural-acoustic control systems

Onyu Jeon 광주과학기술원 대학원 2022 국내박사

In a mechanical system having a power source, such as a home appliance or a vehicle, sound is inevitably generated. The sound generated by a mechanical system is as important as the main performance of the product for its intended use. Therefore, engineers consider acoustic performance when designing mechanical systems. Passive methods have been widely used in industrial sites due to their low manufacturing cost. However, as miniaturization and weight reduction of products are recently required, the use of existing passive methods that occupy a lot of space and cause an increase in weight tends to be limited. In addition, the noise problem of a product is often additionally dealt with after designing it to satisfy other important performance of the product. In this case, the physical tuning of the product is limited, so it is difficult to improve the acoustic performance through a passive method. Therefore, in this paper, a study was conducted to improve the acoustic performance without physical tuning of the product through an active method. The study for the improvement of the acoustic performance of the active structural-acoustic control system was conducted in three stages according to the complexity of the structural-acoustic system. First, the design of an active structural-acoustic control system to improve the flatness of sound pressures in acoustically uncoupled panels, which is the simplest structural-acoustic system, was performed. Next, the design of the virtual impedance-based active structural-acoustic control system was performed to improve the noise reduction performance of the enclosure corresponding to the acoustically coupled system. Finally, the design of the radiation mode-based active structural-acoustic control system was performed to improve the noise reduction performance of the enclosure with holes, where the structural noise by the panel and the acoustic noise by the holes are considered together. In Section 2, an optimal actuator arrangement to improve the flatness of sound pressures of distributed mode loudspeakers was performed. For optimal actuator arrangement, a new formula predicting consistent vibration localization for panels of different materials and geometries was proposed. In Section 3, an optimal weight design of a virtual impedance-based active structural-acoustic control system to reduce the radiated sound power of the enclosure panel was performed. To this end, a weight design procedure was proposed considering the robustness of the active structural-acoustic control system and the steady-state error. In Section 4, a new radiation modebased active structural-acoustic control system to reduce the radiated sound power of the enclosure panel with vent holes was proposed. Considering the application and implementation of various products, the modeling of structural-acoustic system was done through system identification based on input-output data rather than a theoretical model. 가전 제품이나 탈것 등 동력원을 가지는 기계 시스템에서는 필연적으로 소리가 발생한다. 기계 시스템에서 발생하는 소리는 제품의 사용 목적에 따른 주요 성능만큼이나 중요시된다. 예를 들어, 소비자들은 에어컨을 고를 때 냉방 성능뿐 아니라 작동 소음 또한 고려한다. 그러므로 공학자들은 기계 시스템을 설계하는 과정에서 음향 성능을 고려하게 된다. 기계 시스템의 음향 성능을 개선하는 방법은 크게 수동적 방법과 능동적 방법으로 나뉜다. 수동적 방법은 기계 시스템을 물리적으로 튜닝 함으로써 이루어진다. 예를 들어, 세탁기의 소음을 저감하기 위한 수동적 방법들은 크게 캐비닛 및 터브의 재설계 혹은 동흡진기 및 흡음재 부착 등이 있다. 이러한 수동적 방법들은 제작 단가가 싼 점으로 인해 산업 현장에서 널리 사용되었다. 그렇지만, 최근 제품의 소형화 및 경량화가 요구되면서 많은 공간을 차지하고 무게 증가를 야기하는 기존의 수동적 방법들은 사용이 제한되는 추세이다. 또한, 제품의 소음 문제는 우선 제품의 중요한 다른 성능을 만족하도록 설계가 진행된 이후에 부가적으로 다뤄지는 경우가 많다. 이런 경우, 제품의 물리적 튜닝이 제한되어 수동적 방법을 통한 음향 성능 개선이 어렵다. 따라서, 본 논문에서는 능동적 방법을 통해 제품의 물리적 튜닝 없이 음향 성능을 개선하는 연구가 수행되었다. 능동 구조-음향 제어 시스템의 음향 성능 개선을 위한 연구는 구조-음향 시스템의 복잡도에 따라 크게 세 가지 단계로 진행되었다. 먼저, 가장 간단한 구조-음향 시스템인 음향 비 연성 패널에서 음압 평탄성의 향상을 위한 능동 구조-음향 제어 시스템의 설계가 수행되었다. 다음으로, 음향 연성 시스템에 해당하는 인클로저의 소음 저감 성능 개선을 위해 가상 임피던스-기반 능동 구조-음향 제어 시스템의 설계가 수행되었다. 마지막으로, 패널에 의한 구조 소음과 구멍에 의한 음향 소음이 함께 고려되는 가장 복잡한 시스템인 구멍이 있는 인클로저에서 소음 저감 성능 개선을 위해 방사 모드-기반 능동 구조-음향 제어 시스템의 설계가 수행되었다. 2 장에서, 분산 모드 스피커의 음압 평탄성 개선을 위한 최적 액추에이터 배치가 수행되었다. 최적 액추에이터 배치를 위해, 다른 재질 및 형상의 패널에 대해 일관된 진동 국소화를 예측하는 새로운 공식이 제안되었다. 3 장에서, 인클로저 패널에서 방사되는 음향 파워를 저감하기 위해 가상 임피던스-기반 능동 구조-음향 제어 시스템의 가중치 설계가 수행되었다. 이를 위해, 능동 구조-음향 제어 시스템의 강건성과 정상-상태 오차를 고려한 가중치 설계 절차가 제안되었다. 4 장에서, 통풍구에서 방사되는 음향 파워를 저감하기 위해 새로운 방사 모드-기반 능동 구조- 음향 제어 시스템이 제안되었다. 다양한 제품에 적용 및 구현을 고려하여, 구조-음향 시스템의 설계는 이론적 모델이 아닌 입력-출력 데이터에 기반한 시스템 식별을 통해 이뤄졌다.

Real-time observation of the nucleation and growth of metal particles using in-situ transmission electron microscopy

Wan-Gil Jung 광주과학기술원 대학원 2022 국내박사

Metal particle research has attracted considerable interests due to many innovative applications such as catalysis, fuel cell, encryption strategies, and biomedicine. These metal particles have various optical, electrical, and catalytic properties which are related to size and shape of particles, unlike bulk materials. For many years, a lot of efforts have been devoted to understand the nucleation and growth mechanism, and to control the size and shape of metal particles. Liquid cell transmission electron microscopy has emerged as a wonderful technique for direct observation of particle growth in liquid phase. Especially, it allows us to observe structural changes and chemical processes in liquid phase, providing a combination of temporal and spatial resolutions that is not achievable with other characterization techniques. 금속 파티클은 크기와 모양에 따라 벌크 상태와는 다른 광학적, 전기적, 촉매 특성을 갖는다. 이러한 특성들로 인해 촉매, 연료 전지, 생체 의학 분야에 응용되는 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속 파티클의 크기와 모양을 정밀하게 조절하기 위해서, 액상 또는 기상에서의 금속 파티클의 핵생성과 성장에 관한 완벽한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 금속 파티클 생성과정을 실시간으로 관찰하기 위해 실시간 액상 홀더, 가스 홀더, 열 홀더 기술을 투과전자현미경과 접목시켰다. 용액 농도, 도핑량, 전자빔, 온도, 표면 활성 물질 등과 같은 조건들이 금속 파티클 핵생성과 성장에 미치는 영향을 정량적으로 이해하는 것을 목적으로 한다.

Reconstruction of 1D Genome Sequences and Prediction of 3D Genome Organization

Yeonghun Lee 광주과학기술원 대학원 2022 국내박사

Genome analysis is fundamental to biological research. Technical advances of next generation sequencing led us to understand human genomes and computational methods have been following them. In the thesis, we present an integrative framework for genome reconstruction using whole genome sequencing that overcomes the limitations of early stage methods. In the recent few years, the 3D genome organization has led attention with advance in chromosome conformation capture techniques. These techniques provide the 3D genome information beyond the 1D genome context including promoter-enhancer interactions, loops, and topologically associating domains. Based on 1D genome sequences reconstructed by our framework, we next investigate 3D genome organization using chromosome conformation capture sequencing. In the first part of the dissertation, we present Integrative Framework for Genome Reconstruction (InfoGenomeR)-a graph-based framework that can reconstruct genome sequences at the genome-wide level by integrating structural variations, total copy number alterations, allele-specific copy numbers, and haplotype information. Using whole-genome sequencing data sets of cancers, we demonstrate the analytical potential of InfoGenomeR. We discover derivative chromosomes and karyotype topologies including chromothripsis, homogeneously staining regions, and double minutes. Moreover, we show that InfoGenomeR can discriminate private and shared karyotype changes between primary and metastatic cancers that could contribute to tumour evolution. In the second part of the dissertation, we present Integrative Framework for Hi-C prediction (InfoHiC)-an architecture to predict 3D genome folding from rearranged DNA sequences using a convolutional neural network. In combination with InfoGenomeR, InfoHiC provides 3D genome organization of individual genomic contigs. By applying InfoHiC to cancer Hi-C data, we found neo formations of loops and topologically associating domains. We demonstrate superenhancer hijacking events are crucial for gene overexpression revealing functional effects of noncoding structural variants.

The regulation of osteoarthritis pathogenesis by STING

Deborah Cho 광주과학기술원 대학원 2022 국내석사

Osteoarthritis (OA) is the most prevalent degenerative disease, which is characterized by cartilage destruction, osteophyte formation, and synovitis. Despite large socioeconomic burden, there is no effective disease-modifying treatment to date. Aging and metabolic disorders such as obesity are one of the risk factors for OA, causing genome instability in the cell with cellular senescence. The accumulation of damaged DNA in the cytosol is one of the pathological factors for OA by inducing innate immune reactions such as inflammation. A cytosolic DNA sensor, the cyclic GMP-AMP synthase (cGAS)-stimulator of interferon genes (STING), participates in DNA damage responses and acts as an adaptor protein in the immune system. Therefore, this study investigated the role of STING in OA pathogenesis through in vitro and in vivo experiments. STING was upregulated in mouse chondrocytes under various OA pathological conditions and in human and mouse OA cartilage. Loss-of-function studies revealed that deficiency of STING (Sting-/-) in mice ameliorated post-traumatic OA cartilage destruction. In conclusion, this study proposes that STING promotes OA and the inhibition of STING may have a protective role in OA pathogenesis.

Auxiliary Decoder-Based Training for Sound Event Detection with a Pretrained Model

손상원 광주과학기술원 대학원 2025 국내석사

Sound Event Detection (SED) identifies the types and timestamps of events within audio clips and has applications in diverse areas such as audio captioning, wildlife tracking, and equipment monitoring. These applications are critical for extracting and analyzing meaningful information from audio recordings. This thesis introduces an innovative approach to enhance SED by incorporating an auxiliary decoder into the output of the final layer of the convolutional block. This integration significantly im- proves SED capabilities, enabling more accurate recognition and classification of sound events. Furthermore, this thesis proposes a one-stage training method to enhance SED model performance, replacing the conventional two-stage approach, which involves a CRNN training process followed by fine-tuning. By employing integration and corre- lation branches, this network combines embeddings from multiple sub-networks. The method unifies the objectives of both stages by utilizing an auxiliary decoder, allowing joint training of the pre-trained transformer encoder and convolutional layers. Applied to the DCASE 2024 Challenge Task 4 dataset, the model’s performance was evaluated using the Polyphonic Sound Detection Score (PSDS) and the Mean Pairwise Area Un- der the Curve (MPAUC). These evaluations assessed the impact of the auxiliary module and the new training method, comparing the results with state-of-the-art SED models. The experimental results on the DCASE 2024 Challenge Task 4 evaluation dataset con- firmed that the proposed method outperformed state-of-the-art SED models leveraging pre-trained architectures, achieving a performance improvement of 0.029 in the sum of the two evaluation metrics. The one-stage training approach demonstrated its abil- ity to utilize resources more efficiently compared to the traditional two-stage training method, while enabling domain-specific sound event boundary detection. 사운드 이벤트 검출(Sound Event Detection, SED)은 오디오 클립 내에서 이벤트의 유형과 발생 시간을 식별하며, 오디오 캡셔닝, 야생동물 추적, 장비 모니터링과 같은 다양한 분야에 응용한다. 이러한 응용은 오디오 기록에서 의미 있는 정보를 추출하고 분석하는 데 필수적이다. 이 논문에서는 SED를 향상시키기 위해 합성곱 블록의 마지막 계층 출력에 보조 디코더(auxiliary decoder)를 통합하는 혁신적인 접근 방식을 제안한 다.이러한통합은 SED의성능을크게향상시켜사운드이벤트의인식및분류정확도를 높인다. 또한, 이 논문에서는 기존의 합성곱신경망 및 재귀신경망(CRNN) 구조에 대한 훈련 과정과 후속 미세 조정 과정을 포함한 2단계 접근 방식을 대체하기 위해 SED 모델 성능을 향상시키는 1단계 훈련 방법을 제안한다. 이 네트워크는 통합 및 상관 관계 브랜 치를 활용하여 여러 서브 네트워크의 임베딩을 결합한다. 이러한 방법은 보조 디코더를 사용하여 두 단계의 목표를 통합하며, 사전 학습된 트랜스포머 인코더와 합성곱 계층을 함께 학습할 수 있도록 한다. DCASE 2024 Challenge Task 4 데이터셋에 적용하여, 모 델의 성능은 복합 음원 점수(PSDS)와 평균 쌍별 면적 아래 곡선(MPAUC)을 사용하여 평가한다. 이러한 평가는 보조 모듈과 새로운 훈련 방법의 영향을 측정하며, 최신 SED 모델과의 성능을 비교한다. DCASE 2024 챌린지 Task 4 검증 데이터셋에서 실험 결과 – iii – 는 제안된 방법이 사전 학습된 아키텍처를 활용한 최신 SED 모델과 성능 비교 시, 두 성능지표의 합에서 0.029 더 높은 성능을 보여줌을 확인했다. 1단계 훈련 방법은 기존 2 단계 기반 훈련 방식보다 자원을 효율적으로 사용할 수 있으면서, 특정 분야에 특화된 음원 사건 구간 탐지를 가능하게 만들 수 있음을 확인했다.

ReRAM-based Neuromorphic Hardware for Inference and Learning

Sang-gyun Gi 광주과학기술원 대학원 2022 국내박사

In this dissertation, we suggest two major hardware techniques for the high- performance ReRAM-based neuromorphic hardware: fast-converging in-situ (FCIS) learning and analog normalization (ALN) technique. The FCIS learning is proposed to alleviate the endurance burden of the ReRAM device by reducing the number of programming iterations, and ALN technique is proposed to mitigate the effect of the device variation, respectively. To evaluate the efficiency of the proposed technique, those techniques are implemented in hardware with uniform and reliable titanium oxide (TiOx) memristor devices, which is fabricated in 25 × 25 device array to represent passive matrix structure. The implemented hardware can perform the VMM computation between multi-signal and trained synaptic weight, and program the conductance of ReRAM device to the target conductance. 최신의 패턴인식용 하드웨어에서 처리해야 할 데이터 양과, 이를 저장해야하는 메모리 규모가 증가함에 따라 저전력, 고집적도의 특징을 갖는 하드웨어 시스템을 필요로 한다. 인공신경망 구조를 하드웨어로 구현하는 뉴로모픽 시스템은 저전력, 고집적도에 유리하기 때문에, 패턴인식을 위한 차세대 시스템으로 주목 받고 있다. 본 연구는 뉴로모픽 하드웨어 에서 가장 중요한 연산인 VMM (vector-matrix multiplication)을 효율적으로 수행하기 위한 ReRAM 소자를 이용해 추론과 학습을 가능케하는 하드웨어 가속기 개발 및 이를 이용한 뉴로모픽 하드웨어 시스템 개발을 목표로 한다.

The Research for the Cathode Catalyst Layer to Enhance the Performance of High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

Do-Hyung Kim 광주과학기술원 대학원 2022 국내박사

This thesis describes the analysis of the cathode catalyst layer (CCL) of high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFCs). This study examines the resistance analysis of the commercial cathode by the distribution of relaxation time (DRT) method of electrode half-cell. The five peaks were observed in the DRT plot separate the resistances by frequency: Peak 1and Peak 2 (0.1 – 102 Hz) represent the charge transfer resistance of oxygen reduction reaction, and Peak 3 (102 – 103 Hz) represents the resistance for proton conductive loss. Peak 0 (< 0.1 Hz) appears due to produced H2O between electrolyte and cathode GDE and Peak 4 (103-104 Hz) appeared from the MEA is assigned to the anode reaction. The DRT analysis indicated that the phosphoric acids in the CCL of the HT-PEMFC enhance proton conduction to improve reaction kinetics (positive effect) bu poison the Pt electrocatalyst and limit the oxygen transport (negative effect). To mitigate the mass transport issue, hydrophobic polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE) are used in the CCL using polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. Microscopy and contact angle analysis indicated that the PTFE dispersed evenly on the carbon surface and CCL became mor hydrophobic as PTFE content increased. A maximum MEA performance was dbtaied with 6% PTFE. Since the hydrophobic PTFE repels the phosphoric acid within the CCL, the additive including the PTFE made the oxygen passage. Finally, polymers containing phosphonic acid groups were used as a binder. The cathode using the phosphonic acid polymers showed lower performance than the cathode using the PVDF suggesting the hydrophobicity is the predominating factor for HT-PEMFC performance. This is because the commercial membrane used in this research has a high amount of phosphoric acid. This research suggests that advanced membranes with a lower amount of phosphoric acid may perform better with phosphonic acid ionomers.

The Research of Gas Diffusion layer with different MPL for High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

Hyunsoo Chun 광주과학기술원 대학원 2022 국내석사

고온 고분자 전해질막 연료전지(HT-PEMFC)는 나피온막 대신 폴리벤조이미다졸막을 사용한다는 점을 제외하면 저온 고분자 전해질막 연료전지(LT-PEMFC)의 막 전극 접합체(MEA)구조와 동일한 MEA구조를 갖추고 있으며, 내부 전해질은 인산형 연료전지(PAFC)에서 전해질로 사용하는 인산 (PA)과 동일한 전해질을 사용한다. 더불어, 작동 온도는 LT-PEMFC(80 ℃)와 PAFC(180-200 ℃)의 작동 온도 범위의 중간인 120-180 ℃에서 작동하며, LT-PEMFC와 PAFC의 공기극(cathode)과 수소극(anode)에서 발생하는 반응식과 동일한 반응식을 가지고 있는 차세대 연료전지 기술이다. 100 ℃이상의 작동온도에서 작동하기 때문에, LT-PEMFC cathode에서 주로 야기되는 물 범람(water flooding)에 대한 고려가 필요하지 않으며, 가습 장치가 필요하지 않기 때문에, LT-PEMFC와 다르게 전체적인 부대장치(Blance of Plant, BOP)의 크기가 줄어든다. 하지만, 액체 전해질인 PA가 MEA 내부에 존재하기 때문에 PAFC에서 야기되는 anode로 향하는 PA의 거동에 대한 고려가 요구된다. 결과적으로, PA 거동을 고려한 적절한 MEA 설계가 HT-PEMFC에서 중요한 목표이다. LT-PEMFC와 더불어 HT-PEMFC에서 MEA 내부의 가스 확산 전극(GDE)의 구조적 변화는 MEA 성능에 직접적인 영향을 미친다. 이 때문에, GDE를 이루는 기재로서 가스확산층(GDL)의 역할이 중요하다. MEA 내에서 GDL은 촉매층(CL)과 가스 유로 채널(GFC) 사이에 샌드위치구조로 위치해 있는 층을 지칭하며, CL의 물리적 지지체 역할과 더불어 CL과 GFC를 전기적 및 열적으로 연결시켜주는 징검다리 역할을 수행한다. 더불어, 반응물과 생성물의 수송 통로로서의 역할 또한 담당한다. PEM 시스템 내부의 물질전달을 결정하는 역할을 담당하기 때문에 결과적으로, GDL은 내부의 물질전달을 결정하는 역할을 담당하기 때문에, HT-PEMFC의 MEA의 성능을 향상시키기 위해, PA 거동 특성 고려와 cathode와 anode 각각의 특성에 맞는 GDL에 대한 연구가 필요하다. GDL의 구조적 특성을 이해하기 위해 계산적 연구들과 실험적 연구들이 시도되었지만 이전 연구 결과는 GDL의 구조적 특성과 HT-PEMFC cathode와 anode에서의 성능과의 상관관계에 대한 분석을 수행하지 못하였다. 따라서, 본 연구에서는 서로 다른 네 가지의 상용 GDL을 이용하여 각 GDL이 가지고 있는 구조적인 파라미터들 중 수송 파라미터에 영향을 미치는 파라미터를 다양한 이론적인 식을 이용해 찾고, 해당 수송 파라미터들이 HT-PEMFC cathode와 anode에서 성능과 어떤 상관관계에 있는지 규명하고자 하였다. 더불어, 각각의 극에 적합한 GDL을 제시하고자 하였다. 연구 결과, MPL 크랙(crack) 영역과 기공 직경은 MPL의 공극률과 더불어 전체 GDL의 공극률에 큰 영향을 미쳤다. GDL의 공극률은 상대 투과도, 확산성, 크누센과 분자확산 그리고 모세관 압력 등 수송 파라미터를 구성하는 중요한 요소로 분석되었다. Cathode GDE에 적용된 JNT30 A3 GDL은 모든 전류밀도구간에서 가장 높은 성능을 보였다. 반면, H23 C2 GDL은 모든 전류밀도 구간에서 가장 낮은 성능을 보였다. 실제 가스 투과성, 성능과 이론적 계산을 통해 구해진 상대 투과도의 상관관계 분석을 통해, 공극률이 HT-PEMFC cathode GDL의 가장 중요한 인자임을 밝혀냈다. Anode GDE에서는 저전류밀도 영역에서 H23 C2 GDL을 사용한 MEA가 가장 높은 성능을 보였으나, 고전류밀도 영역에서 SGL36 BB GDL을 사용한 MEA가 가장 높은 성능을 보였다. 더불어, 모든 전류밀도 영역에서 JNT30 A3 GDL을 사용한 MEA가 가장 낮은 성능을 보였다. MPL의 공극률과 기공 반경과 표면 접촉각을 통해 계산된 모세관 압력과 전기화학 임피던스 분광법(EIS)을 통해 각 전류밀도 영역에서의 성능 결과를 분석하였다. 그 결과, 벌키한 MPL 특성을 지님에 따라 높은 모세 압력 특성을 지닌 H23 C2 GDL이 저전류밀도 영역에서 유리한 성능을 가짐을 확인하였다. 고전류밀도 영역에서는 H23 C2 GDL을 적용한 MEA보다 훨씬 낮은 Rcathode 값을 지닌 SGL36 BB GDL을 적용한 MEA가 유리한 성능을 보였다. 본 연구는 HT-PEMFC MEA 설계시 cathode와 anode의 각각의 특성에 맞는 차별적인 GDL 설계와 더불어 작동 전류밀도 조건에 따른 GDL 설계 전략을 수립하는데 도움이 될 것이다.

A Research of Transformer Design and Leakage Inductance Reduction Method for High Step-up DC-DC Converter

Minyeong Kwon 광주과학기술원 대학원 2022 국내석사

DC-DC converters, which are mainly used for voltage step-up or step-down, are usually required to be insulated between input and output. In this case, transformers are almost the only method to be used, and in this case, the transformers are called as solid-state transformer (SST), power electronics transformer (PET), electronic power transformer (EPT), power electronic traction transformer and high frequency transformer (HFT). The strong points of the transformers in power electronics are no direct electrical connection between two side, easy voltage regulation just by adjusting the turn ratio, smaller size, and weight possibility in the high frequency operation, etc. Also, the transformer is a key component in the conversion system, as it is related to power transfer. These are why it has been treated and researched widely in power electronics field [41]. This thesis contains the basic theory of transformer, operation principle of full-bridge DC-DC converters, initial design approach and key parameter estimations using mathematical equations and simulations. Plus, experimental analysis and comparisons are also included. The simulation tool used in this paper is MATLAB, Simulink and Ansys, Maxwell. Ansys, Maxwell is used for estimating important parameters such as magnetizing and leakage inductance. One of the main goals of this paper is to design an optimum prototype transformer for a conversion system, and in this process, settling design sequency and optimization are included. The other one is to find a different approach to reduce leakage inductance in case of a limited design condition. Lastly, the designed prototype transformer will be applied to the 3.7kW DC-DC converter, automotive application ver.1.

Role of CCN5 and CYTL1 in the heart

Nguyen Tuyet Mai 광주과학기술원 대학원 2022 국내박사

Heart failure (HF) remains a significant public health problem with an unacceptably high morbidity and mortality affecting about three persons per thousand per year in the worldwide. Heart disease remains the predominant cause of mortality in the United States, accounting for nearly 800000 deaths per year. Furthermore, it presents a considerable economic burden, with estimated direct and indirect costs in 2011 of ≈$320 billion and predictions suggesting that costs will rise to ≈$918 billion by 2030. Heart failure is characterized by a progressive loss in contractility and ejection fraction, ventricular chamber dilation, and ventricular wall thinning or a devastating disorder characterized by interstitial fibrosis. Cardiac fibrosis is associated with increased ventricular stiffness and diastolic dysfunction, and is an independent predictor for the long-term clinical outcomes of patients with heart failure. Inhibiting cardiac fibrosis from progressing is critical to prevent heart failure. However, there is no efficient therapeutic approach currently available. In our lab we work on 2 proteins that related to cardiac fibrosis, one is an anti-fibrotic molecule named as CCN5 and another is pro-fibrotic molecule named as Cytokine-like 1 (CYTL1). In this study, I focused on the role of two molecules in the heart. This study splits into 2 parts. In the first part, the mechanism of CCN5 on cardiac fibrosis will be described. Second part will work on the role of CYTL1 that lead to cardiac fibrosis in the heart. CCN5 is a member of the CCN (Cysteine-rich 61/Connective tissue growth factor/Nephroblastoma overexpressed) family and identified as anti-hypertrophic, anti-fibrotic, and reverses established cardiac fibrosis in the heart. Overexpression of matricellular protein CCN5 in the heart by adenoviral deliver significantly improved cardiac fibrosis in severe heart failure. In our lab, we previously showed that the matricellular protein CCN5 reverses established cardiac fibrosis (CF) through inducing apoptosis in myofibroblasts (MyoFBs) but not in cardiomyocytes or fibroblasts (FBs). In this study, I set out to elucidate the molecular mechanisms underlying CCN5-mediated selective apoptosis of MyoFBs. I first observed that the apoptotic protein p53 and the anti-apoptotic protein NFB are simultaneously induced in MyoFBs. When the expression level of p53 was suppressed using a siRNA, CCN5 did not induce apoptosis in MyoFBs. By contrast, when NFB signaling was inhibited using IKK VII, an IB inhibitor, MyoFBs underwent apoptosis even in the absence of CCN5. SMAD7 is one of the downstream targets of CCN5 and it was previously shown to potentiate apoptosis in epithelial cells through inhibition of NFB. In accordance with these reports, when the expression of SMAD7 was suppressed using a siRNA, NFB signaling was enhanced, and CCN5 did not induce apoptosis. Lastly, we used a luciferase reporter construct to show that CCN5 positively regulated SMAD7 expression at the transcriptional level. Collectively, these data suggest that a delicate balance between the two mutually antagonistic proteins p53 and NFB is maintained for MyoFBs to survive, and CCN5 tips the balance in favor of the apoptotic protein p53. This study provides insight into the anti-fibrotic activity of CCN5 during the regression of CF. Otherwise, Cytokine like-1 protein (Cytl1) is a secreted protein that involved in diverse biological processes. Cytl1 was reported that it plays a role in the development and metastasis of neuroblastoma cells. A comparative modeling study indicated that CYTL1 is structurally and functionally similar to monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1). As MCP-1 plays an important role in cardiac fibrosis (CF) and heart failure (HF). Therefore, Cytl1 might be functionally related to MCP-1 that is known to be involved in pathogenesis of CF. Cytl1 was reported that it can lead to CF via the regulation of TGF-β-SMAD signaling. Cytl1 acts directly on endothelial cells and FBs, triggering the EndMT and trans-differentiation of FBs to MyoFBs, the two critical processes that occurs during CF. The question here is that Cytl1 is known as a secreted protein and what will be its receptor for Cytl1 binding and induce CF. In this study can provides the potential receptor by which Cytl1 may play the role of a pro-fibrotic molecule.