MODULATION OF DNA METHYLATION BY CATECHOL-O-METHYLTRANSFERASE AND CATECHOL-CONTAINIG DIETARY POLYPHENOLS

이원준 University of South Carolina at Columbia 2005 해외박사

본연구에서는 catechol-O-methyltransferase (COMT)와 S-adenosyl-L-homocysteine (SAH)가 DNA 메틸화의 조절기전에 미치는 영향을 연구하였다. 생리학적으로 알맞은 양의 COMT가 in vitro DNA 메틸화를 증가시켰으며, COMT siRNA의 transfection을 암세포에 실시한 결과 COMT 유전자발현이 약 50%정도 줄어드는 결과를 얻었다. 이러한 COMT의 감소는 MCF-7 세포내의 RAR-beta유전에서의 DNA 메틸화를 현저히 감소시켰다. 효소역학실험결과는 SAH가 매우 강력한 그리고 비경쟁적 (noncompetitive)인 DNA 메틸화 억제물이며, 이러한 억제는 DNA methyltransferase (DNMT)와의 결합을 SAH와 S-adenosyl-L-methionine (SAM) 경쟁으로 인한 결과이다. 본 연구에서는 커피 폴리페놀 (polyphenols), 차, 그리고 bioflavonoids가 DNA 메틸화에 미치는 영향과 암억제 유전자의 promoter지역 DNA 메틸화에 미치는 영향을 연구하였다. 두가지 커피 폴리페놀 (caffeic acid and chlorogenic acid), 차 catechins (catechin, epicatechin, and EGCG), 그리고 bioflavonoids (quercetin, fisetin, and myricetin)이 DNMTs에 의한 DNA 메틸화를 농도의존적형태로 억제하는 결과를 보였다. 효소역학결과는 폴리페놀이 DNA 메틸화 억제시키는 주요원인은 식이성 폴리페놀의 메틸화의 부산물인 SAH의 농도증가에 의한 것임을 증명하였다. 반면, 매우 강한 DNA 메틸화 억제물인 EGCG는 그 자체의 메틸화와는 상관없이 DNMT에 직접 결합함으로서 DNA 메틸화를 억제시키는 것으로 사료되었다. 그리고 이러한 EGCG와 DNMT와의 강한 결합에서 마그네슘이온이 결정적인 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. The DNA methyltransferase (DNMT)-mediated methylation of DNA at the C-5 position of cytosine within the CpG dinucleotides represents a basic mechanism for epigenetic control of gene expression and maintenance of genome integrity. In the present study, we examined the modulating effects of catechol-O-methyltransferase (COMT) and S-adenosyl-L-homocysteine (SAH) on DNA methylation catalyzed by prokaryotic M.SssI DNMT and human DNMT1. We found that the presence of COMT (at physiologically-relevant concentrations) enhanced the rate of DNA methylation in vitro catalyzed by M.Sssl DNMT and human DNMT1. Transfection of the COMT siRNAs (at 100 nM) into these cells caused ~50% reduction of COMT expression, and this reduction of the COMT levels resulted in a decrease of the methylation status of the RARβ gene (a representative gene) in MCF-7 cells. Kinetic studies showed that SAH strongly and noncompetitively inhibited .the methylation of DNA by competing S-adenosyl-L-methionine (SAM) off the DNMT, thus shifting more enzyme molecules to a form that is bound with SAH. Our data showed that the enhancement of DNA methylation by COMT likely is due to the sequestration of SAH by COMT, which reduces the availability of the free SAH for DNMT inhibition. We also studied the modulating effects of coffee polyphenols, tea catechins and bioflavonoids on the in vitro methylation of synthetic DNA substrates and also on the methylation status of the promoter regions of two representative tumor suppressor genes in cultured cells. Each of the coffee polyphenols, tea catechins (catechin, epicatechin, and [-]-epigallocatechin-3-O-gallate [EGCG]) and bioflavonoids (quercetin, fisetin, and myricetin) inhibited M.SssI DNMT- and DNMT1-mediated DNA methylation in a concentration-dependent manner. Kinetic analysis showed that the mechanism by which this catechol-containing dietary polyphenols inhibited DNA methylation predominantly through a noncompetitive mechanism, and this inhibition was largely due to increased formation of SAH (a potent feedback inhibitor of DNA methylation), resulting from the COMT-mediated 0-methylation of these dietary catechols. In comparison, the strong inhibitory effect of EGCG on the DNMT-mediated DNA methylation was independent of its own methylation, and it is largely due to its direct inhibition of the DNMTs. This inhibition is strongly enhanced by Mg^(2+). Computational modeling studies showed that the gallic acid moiety of EGCG plays a crucial role in its direct inhibitory interaction with the catalytic site of the human DNMT1, and its binding with the enzyme is stabilized by Mg^(2+), suggesting that the inhibition potency of EGCG for human DNMT1 in the presence of Mg^(2+) would be markedly enhanced, which is in perfect agreement with our experimental finding.

Equational disjunctive logic languages

신동하 University of South Carolina at Columbia 1994 해외박사

본 논문은 술어 논리와 등식 논리에 기반을 둔 프로그래밍 언어의 설계와 구현을 다룬다. 이 언어는 완전한 이접 클로즈를 표현할 수 있기 때문에 Prolog 언어와 같은 혼 논리 언어보다 표현력이 강하다. 또한 이 언어에서 는 등식을 표현할 수 있기 때문에 이 언어를 논리 언어와 함수 언어가 결합 된 언어라고 말 할 수 있다. 본 연구에서는 이접 허브란드 E-해석을 이용하 여 이 언어의 모델 이론적 의미를 정의하고, 최소 이접 허브란드 E-모델이 이 언어의 모델 이론적 의미임을 증명하였다. 또한 EP-MPRF이라는 증명 절 차를 정의하고 이 증명 절차의 안정성과 완벽성을 증명하였다. 제시된 언어 의 효율적인 구현을 위하여, 3단계로 구성되는 본 언어의 컴파일 방법을 제 시한다. 첫번째로, 등식 이접 논리 언어의 등식 클로즈를 논리적 클로즈로 변환하기 위하여 등식 이접 논리 프로그램을 평평한 형식으로 변환한다. 두번째로, 앞 단계에서 변환된 프로그램을 MPRF 증명 절차를 이용하여 동등 한 의미의 혼 논리 프로그램으로 변환한다. 세번째로, 앞 단계에서 변환된 프로그램을 MPRF의 공리와 분리 규칙을 효율적으로 구현하기 위하여 확장된 WAM 프로그램으로 변환한다. 실험적 구현을 통하여 본 논문에서 설계된 확장 WAM은 컴파일된 이접 논리 프로그램을 매우 효율적으로 수행함을 보였다. We design and implement a programming language that is based on both pred-icate logic and equational logic. This language is more expressive than Horn logic languages like Prolog since we can represent full disjunctive clauses. We can also represent equations, so we can think of this language as an integration of a logic language and a functional language. In this research, we define the model theoretic semantics of the language using disjunctive Herbrand E-interpretation and show that the model theoretic semantics is the least disjunctive Herbrand E-model. We also propose a proof procedure called EP-MPRF that is based on Plaisted MPRF and show that it is sound and complete for the language. As an efficient implementation for the language, we propose a compilation scheme composed of three steps. First, an equational disjunctive logic program is flattened to transform equational clauses into logical clauses, yielding a disjunctive logic program. Second, the proof rules of MPRF are used to convert the disjunctive logic program into an equivalent Prolog program. Third, this Prolog program is compiled to a WAM which has been extended to support efficient implementation of the Ax-ioms and splitting rule of MPRF. The extended WAM has some new registers, new instructions, and extended environment frame and choice point structures. Experiments indicate the experimental extended WAM executes compiled disjunctive logic programs very efficiently.

Modeling nonpoint source runoff in a coastal area

최경식 University of South Carolina at Columbia 1996 해외박사

영양 염류물질의 유입원은 크게 생활하수나 공장폐수 같은 점오염원과 강우시 농경지나 도시 유역으로보터 발생하는 비점오염원으로 분류할 수 있다. 점오염원은 발생위치와 발생량을 판별될 수 있으며 통제가 비교적 용이하나 비 점오염원의 경우 배출지점이나 배출량을 측정하기가 힘들뿐만 아니라 통제하 기가 매우 어렵고 지형이나 지질, 토지 이용 형태에 따라 성분과 양이 크게 변한다. 비점오염원에서의 오염 물질의 예측이나 통제로서 가장 효율적인 방 법은 전산 모형의 연구 및 개발이다. 비점오염 전산 모형은 일반적으로 토지 형태에 따라 나누어지는데 도시 유역형과 농림유역형으로 나누어지다. 본 연 구는 미국 농업 연구원 (U.S. Agricultural Research Service)에서 개발된 SWRRBWQ (simulation of Water Quality Resource for Rural Basin - Water Quality) 전산 모델과 AGNPS (Agricultural Non-point Source Runoff) 전산 모형을 이용하여 비점오염원에서 배출되는 오염물질량을 예측하였다. AGNPS는미국의 U.S. Agricultural Research Service, U.S. Soil Conservation Servi-ce, Minnesota Soil & Conservation Board, 와 Minnesota Pollution Control Agency에서 개발되었으며 농경지로부터 유입되는 영양 염류, 토사량 및 COD에관한 수질을 예측할 수 있는 전산 모형이다. 두 모델은 GIS (Geographical Information System)를 이용하게 개발되었으며 토양섬분과 지형적 특성을 구 분하여 유역내에서 연구 지역을 더 세분할 수 있다. 또한 SWRRBWQ 모델은 토 양 성분을 구체적으로 입력시킴으로서 지하수의 유량과 증발 증산량까지 고려할 수 있다. 이러한 점은 지금까지 개발된 비점오염원의 모델에서 찾아볼 수 없는 큰 장점이다. 본 연구에서는 ARC/INFO system을 이용하여 지리적 자료 가 제공되었다. 본 연구의 목적으로서는 다양한 토지이용에 따른 빗물에 의해유입되는 영양 염류의 양 및 수질 변화를 예측하는 것이고 두 번째로는 농경 비점오염 전산 모형을 도심지형에 맞게 개발 연구하는데 있다. 본 연구 결과 는 미국 South Carolina 주 환경부에서 Chaleston 항구의 토지 개발에 사용되었고 또한 현재 계획 중인 휴양지 개발 계획에 앞서 토지 개발에 따른 수질 영향 평가에 쓰고 있는 중이다.

Acquisition of dative alternation in English by second language learners

이동한 University of South Carolina at Columbia 1997 해외박사

언어 습득 이론 즉 Universal Grammar, Language Transfer theory, Learning Principles를 비교분석하여 이 이론들의 장단점을 분석하였으며, 이 이론들중 Learning principles의 우수성을 앞서 발표된 연구 논문들을 분석하여 입 증했으며 다른 이론들의 단점들을 분석하여 이 이론들의 제2외국어 습득과정 설명에 불충분성을 입증하였음. 언어 습득이론, Learning Principles, 은 어린이들의 모국어 습득이론과 동일한 발달 단계를 제2외국어 습득과정에 대입하여 어른들도 어린이들의 모국 어 습득과정과 같은 발달단계를 거친다는 것을 입증하였음. Learning Principles 중 the subset principle, the generalization, and the preemption/loss principle의 대입하여 근래에 행해진 Dative alternation연구들을 분석하여 언어 발달과정을 스테이지 별로 분석하였음. 이 세가지 learning principle는 언어를 배우는 사람들의 가장 일반적인 principle로서 어떤 언어, 문법에도 적용될 수 있는 우수한 principle임을 설명하였으며 이 세가지 principle도 스테이지에 따라 순서적으로 적용됨을 입증하였음. 제2외국어, 즉 영어 습득과정에서 학습자는 가장 초기 단계, 즉 1단계에서 는 모국어의 영향 보다는 제2외국어 자체내에서 가장 쉬운 문법을 먼저 선택 하는데 이는 Subset Principle로 설명되어진다. 언어 학습자들이 Subset principle을 응용하여 제2외국어 내에서 가장 쉬운문법을 선택해서 배우는 것이 제1단계 발달과정이라면 다음 과정은 언어학습 자들이 Natural input등을 기초로하여 다음 단계로 발전하는데 이 다음 단계 를 제2스테이지로 정했으며 이 단계에서는 학습자들이 어려운 문법을 Overgeneralize하는 단계로서 조금 더 어려운 문법 즉 제1스테이지에서 보지 못했던 문법에 눈을 뜨면서 이 문법을 과다하게 적용하여 가장 많은 Error를 양산하 는 단계로 규정지었음. 학습자들의 제2외국어가 더욱 발달하여 제3단계에 이르면 제2단계에서 응용한 generalization principle을 버리고 올바른 선택으로 Error를 없애고 보다완벽에 가까운 문법 및 표현으로 접근한다. 이들 언어발달 과정을 94명의 성인 한국인을 세가지 실험, sentence construction, grammarticality judgement, production elicitation task로 분석하 여 세가지 principle : the subset, generalization, preemption/loss의 영향력을 입증하였으며 Dative Verb의 발달과정이 이 실험에 의해서 밝혀져 수여 동사를 언어 학습자가 제일 먼저 습득함이 밝혀졌음. 이 세가지 실험은 통계적으로 분석되어 언어 발달과정이 Dative alternation에서 증명되었음. 이 세가지 발달단계 이외로 제2외국어 학습자의 지속적인 Error를 분석하여화석화되는 Error에 관해 논하였으며 이 화석화단계를 언어 발달 과정의 맨 마지막 스테이지 제4단계로 규정지었음.