Isosorbide를 함유한 Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate)의 결정화 거동과 구조 분석

구준모 한양대학교 대학원 2014 국내석사

Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) (PCT)는Poly (ethylene terephthalate) (PET)와 같이 다양한 분야에 적용되고 있으며 선형의 알칸 반복단위를 환 구조인 1, 4 cyclohexanedimethanol (CHDM)으로 치환하여 합성한 물질이다. 환 구조와 CHDM, 고유의‘ring flip’ 을 통해 PET보다 열적 안정성과 유연성을 높인 이 폴리에스테르는 환의 stacking에 의한 강직성으로 높은 용융온도를 가지게 되고 빠른 결정화 거동으로 인해가공성이 떨어진다는 단점이 있다. 이를 개선하고자 바이오 매스에서 추출 가능한 Isosorbide (ISB)를 공단량체로 사용하였다. ISB는 지구 온난화, 석유의 고갈 및 환경 정책 강화에 대응 할 수 있는 물질로서 글루코스로부터 추출이 가능하고 친환경 소재임과 동시에 간접적인 CO2 감소 효과를 기대 할 수 있다. ISB가 가진 두 개의 furan 환이 120도의 각을 가지며 이어져 있는 구조는 높은 강직성에 기여 할 수 있지만 평면 구조가 아니기 때문에 결정성을 떨어트리는 요인이 될 수 있다. 따라서 ISB를 PCT의 공단량체로 사용할 경우 기존의 유리전이온도를 더 높일 수 있고 결정성을 떨어트려 융점 저하와 결정화 속도를 늦추는 효과를 기대할 수 있다. 이 논문에서는 ISB의 함량을 조절하여 CHDM과 terephthalic acid (TPA)를 용융 공중합을 하였다. 중합된 샘플들의 분자량과 열적 특성을 GPC와 DSC를 통해 알아 내었으며 이들의 구조는1H, 13C-NMR, COSY, HSQC을 사용하여 밝혀냈다. 13C-NMR을 사용하여 sequence distribution을 계산하였고 이를 열적 특성과 비교 분석 하여 ISB로 이루어진 block이 증가 할수록 유리전이 온도는 상승하며 용융온도가 감소 하는 것을 확인하였다. 또한 WAXD를 통한 결정 구조 분석으로 합성된 poly (isosorbide - co - 1, 4 cyclohexylenedimethylene terephthalate) (PICT)의 결정화 거동 중 ISB의 역할을 알 수 있었다. Structural analysis and crystallization behavior of Poly (1, 4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) containing renewable corn derived monomer, Isosorbide (PICT) were studied. PICT was synthesized by melt polycondensation with various content (5mole% ~ 25moles%) of isosorbide (ISB).The structure of PICT was analyzed by using COSY, HSQC, and sequence distribution to investigate the relation between ISB block and thermal properties. Among the samples of PICT, ISB content of 5 mole%, 12 mole% and 17 mol% showed crystallinity, where intriguing crystallization behavior could be observed differing from conventional PCT from WAXD. The content of ISB is believed to be affecting the crystalline structure by acting as an impurity. ISB is believed to be initially included in crystalline region, resulting decrease in crystallinity as the crystallization time increases. However when other crystallization temperature and time is increased the crystallinity increases indicating complete rejection of ISB to amorphous region. Such behavior could also be observed in the polarized microscope imagery.

대식세포에서 코로솔릭산에 의한 지질다당질 매개 급성 염증반응의 개선 효과

김승재 계명대학교 대학원 2015 국내석사

코로솔릭산은 바나바(Lagerstroemia speciosa L.)의 잎에서 추출한 트리테르페노이드 화합물로 interleukin-1 receptor-associated kinase(IRAK) 2를 통한 nuclear factor-kappa B(NF-kB)의 활성을 억제하여 항염증 반응을 일으킨다고 알려져 있다. 이번 연구에서는 코로솔릭산이 골수 유래 대식세포에서 지질다당질(LPS)에 의해 활성화되는 급성 염증반응에 미치는 영향과 조절 기전을 밝혔다. LPS(200 ng/mL)와 코로솔릭산(6 μM)을 30 분 처리했을 때 IRAK1의 mRNA와 인산화가 급격히 감소하였다. 골수 유래 대식세포의 급성 염증반응 상태에서 코로솔릭산을 처리했을 때, 염증조절 복합체의 주요 구성원인 nucleotide-binding oligomerization domain receptor family, pyrin domain containing 3의 발현이 감소됨을 확인하였다. 또한 LPS를 30 분 처리한 후, NF-kB 억제제인 Bay II(10 μM)와 IRAK 억제제(2.5 μM)를 같이 처리하였을 때, IRAK1 mRNA 발현이 억제되지 않는 것을 확인하였다. 이는 급성 조기 염증반응 상태에서 IRAK1의 발현이 NF-kB 조절기전과는 무관하게 코로솔릭산을 통해 조절된다는 사실을 검증하였다. 그리고 코로솔릭산은 IRAK1 단백질의 인산화를 특이적으로 억제하였으며, 이를 통해 염증조절 복합체의 형성을 억제하여 interleukin-1 beta의 분비를 감소시키는 효과를 보였다. 결론적으로 이번 연구는 코로솔릭산이 마우스의 골수 유래 대식세포에서 NF-kB에 독립적으로 IRAK1의 발현과 인산화를 조절함으로써 급성 조기 염증반응을 제어할 수 있는 기전을 규명하였다. Corosolic acid (CA), a triterpenoid compound from banaba (Lagerstroemia speciosa L.) leaves, has been reported to have anti-inflammatory activity through nuclear factor-kappa B (NF-kB) cascade including interleukin-1 receptor-associated kinase (IRAK) 2. The aim of this study was to investigate the effects of CA on acute inflammation which is activated by lipopolysaccharide (LPS) in bone marrow-derived macrophages (BMDMs). IRAK1 was significantly reduced by CA treatment, while IRAK2 was not induced in the 30-min treatment with LPS. Along with decrease of IRAK1 by CA in the acute inflammatory condition, nucleotide-binding oligomerization domain receptor family, pyrin domain containing 3 expression level which is a main component of inflammasome was also decreased in BMDMs. Therefore, LPS-induced inflammasome assembly through activation of IRAK1 was also inhibited by CA challenge. Furthermore, in the presence of Bay Ⅱ, a NF-kB inhibitor, CA-mediated inhibition of activated IRAK1 by 30-min LPS treatment was not influenced, indicating that inhibition of IRAK1 expression and phosphorylation by CA is independent of NF-kB signaling. These results demonstrate that CA ameliorates acute inflammation through inhibiting transcription and phosphorylation of IRAK1 gene in mouse BMDMs.

Synthesis and characterization of biobased polyester containing isosorbide

윤원재 한양대학교 대학원 2014 국내박사

Effects of the isosorbide unit on the crystallization and water-induced deformation behaviors of poly(isosorbide-co- 1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate) and amorphous poly(isosorbide-1,4-cyclohexanedicarboxylate)

구준모 한양대학교 대학원 2018 국내박사

ABSTRACT Effects of the isosorbide unit on the crystallization and water-induced deformation behaviors of poly(isosorbide-co-1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate) and amorphous poly(isosorbide-1,4-cyclohexanedicarboxylate) Koo, Jun Mo Dept. of Organic & Nano Engineering The Graduate School Hanyang University One of the most promising solutions to the ecological problems associated with synthetic polymers is to replace them with biobased polymers. As the interest of bioplastic is now focused on biobased polymers, it is crucial to secure renewable resources, refinery process and efficient synthetic methods. As a preliminary study we tried to understand the synthesis and physical properties of biobased polymers containing biomass units. The synthesis, thermal and morphological properties of two biobased polymers, poly(isosorbide-co-1,4-cyclohexanedimethanol terephthalate) (PICT) and poly(isosorbide 1,4-cyclohexanedicarboxylate) (PICD), were studied to comprehend the effect of introducing isosorbide (ISB) unit. In the first part, the synthesis and physical properties of PICT such as processability, structural property, and crystallization behavior were investigated in terms of ISB content. The effect of ISB on the polycondensation time, thermal properties and polydispersity index was examined and limit of copolymerizable content of ISB was determined by tracing the presence of open-ring ISB through 1H-NMR. The disadvantageous reactivity of ISB resulted in increased polycondensation time but the structural characteristics of ISB were able to increase the glass transition temperature, slow down the crystallization rate and lower the melting temperature. In addition, the thermal degradation during extrusion was simulated with FT-IR and showed no signs of thermal degradation during extrusion. The solid-state cross polarization/magic angle spinning (CPMAS) 13C-NMR was used to clarify the location of ISB during crystallization and showed that ISB were completely excluded from crystal. The morphology of PICT crystal were visualized by AFM showing rose-like pattern that branches in various directions. In the second part, the origin of rose-like morphology of PICT containing 12 mol% ISB after being crystallized at 200 °C was explored. Thermal analysis exhibited that there were two distinctive stable and metastable crystal populations, owing to triple melting endotherms and we identified that at 200 °C, the populations of stable and metastable crystal were near identical. Adopting two-dimensional correlation spectroscopy, we determined the transitional sequence of the inclusion/exclusion of functional groups which confirmed the complete exclusion of ISB. Finally, the spin-lattice relaxation time was measured from the solid-state CPMAS 13C-NMR, revealing the capacity and the movement of each monomer arising from the relaxation behavior affected by molecular position and surroundings. In the final part, the deformation process of PICD after being submerged in boiling water was investigated. When cylindrical PICD pellet was submerged in 100 °C of water for 24 hrs., it was changed to a disk-like form. The pH of water and evaporated residual were investigated showing acidic environment created by acetic acid during deformation. Acetic acid from the use of acetic anhydride resulted in hydrolysis of ester groups and opening the ring of ISB. By analyzing the thermal behavior of PICD before and after the deformation, diffused water was proven to be disrupt the original thermal behavior and function as vibrant energy source that deforms the structure. Finally, the solid-state CPMAS 13C-NMR confirmed that depending on the content of acetic anhydride, the deformation were from ester hydrolysis or open-ring ISB which allowed the rearrangement or packing of carbon atoms within PICD. 지구온난화와 환경오염은 세계적으로 공통된 문제로서 다양한 산업과 연구 분야에서 해결책을 찾고 있다. 그 중 화학 산업에서는 석유기반 화학소재에서 친환경소재로 전환함으로써 이산화탄소 발생량을 줄이고 유가 상승 및 원유 고갈에 대응할 수 있는 지속 가능한 연구가 활발히 진행되고 있다. 친환경소재 중 바이오플라스틱은 생분해가 되는 고분자, 그리고 바이오매스에서 유래된 생분해가 되지 않는 고분자 모두를 포함하며 석유기반 단량체의 사용을 줄이고 지속가능한 바이오매스 자원을 활용하여CO2 배출량을 감소 시킬 수 있는 장점이 있다. 생분해가 되는 고분자는 반영구적인 플라스틱의 폐기물 처리에 큰 효과를 보여줄 수 있으나 환경에 예민하여 품질수명이 보장되지 않는 단점이 있다. 따라서 생분해성의 패러다임은 바이오매스에서 추출 가능한 단량체를 사용한 바이오매스 기반 고분자로 전환되었으며 많은 연구가 진행되고 있다. 다양한 바이오매스 단량체 중 아이소소바이드 (ISB)는 경제적이며, 투명성을 훼손하지 않고 유리전이온도를 향상시킬 수 있는 단량체로서 ISB 를 함유한 새롭고 높은 분자량을 갖는 고분자 합성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 ISB 자체의 특성이나 고분자 사슬에 주는 영향에 대한 연구는 미비한 상황이며 특히 ISB 를 함유한 폴리에스테르의 열적 및 결정화 거동에 대한 연구는 부족하다. 석유 기반 단량체를 성공적으로 대체 하기 위해 생산과 밀접한 관계를 갖는 열적 및 결정화 거동에 대한 연구는 매우 중요하다고 볼 수 있다. 따라서 이 논문에서는 ISB를 함유한 poly(isosorbide-co-1,4-cyclohexanedimethanol terephthalate) (PICT) 와 poly(isosorbide 1,4-cyclohexanedicarboxylate) (PICD) 를 중점적으로 연구하였다. 첫째로는, PICT에 대한 합성, 가공성, 구조적 특성 및 결정화 거동을 조사하였다. ISB함량에 따른 중축합 시간과 열 특성, 분산 지수차이에 대한 연구가 진행되었으며 공중합 가능한 ISB함량은1H-NMR을 통해 open-ring ISB의 여부로 판단되었다. ISB의 낮은 반응성은 중축합 시간을 증가시켰지만 ISB의 구조적 특성은 유리전이온도를 높이고 결정화 속도를 낮추며 용융온도를 낮추는 효과를 보여주었다. 또한, 압출 중 열화의 가능성을 FT-IR로 분석한 결과 열화의 징후가 보이 않았다. 결정화 중 ISB의 위치를 명확히 하기 위해 고체 CPMAS 13C-NMR을 사용하였으며 ISB가 결정에서 완전히 제외되었음을 보여주었다 PICT 구정의 형태를 AFM을 사용하여 시각화하였고 여러 방향으로 가지를 갖는 장미와 같은 패턴을 보였다. 두 번째로는 PICT-I12가 장미와도 같은 구정모양이 나타나는 원리를 조사하였다. 열 분석을 통하여 보여준 3개의 용융온도는 안정 및 준 안정 결정 집단으로 인한 것을 확인하였고 200 ˚C 에서 이 두 집단이 비슷한 양을 갖는 것을 확인 하였다. 2 차원 상관 분광법 (2DCOS)을 사용하여, 관능기의 포함 및 배제가 변하는 순서를 정하고 각 단량체의 위치 변화를 확인하였으며 ISB가 결정에서 완전히 제외되는 것을 제차 확인하였다. 고체 CPMAS 13C-NMR으로부터 측정된 Spin-lattice relaxation time (T1)을 통해 결정화 거동 중의 단량체의 움직임을 확인하였고 안정적인 결정 형성 중 ISB제외되면서 준 안정적 결정의 형성이 시작되는 것을 확인 하였다. 마지막으로 PICD가 100 ˚C의 물속에 잠길 때 발생하는 변형에 대해 조사하였다. PICD의 원통형 pellet은 100 ˚C의 물에 24시간 담가두었을 때 디스크 모양으로 바뀌었다. 이 원인을 파악하고자 물의 pH와 물을 증발시킨 후 남은 잔여물을 분석하였고 그 결과 물이 변형 중에 산성을 띄게 되며 이는 합성에 첨가된 acetic anhydride에서 나온 acetic acid때문이라는 것을 확인하였으며 산성을 띄는 물과 열에 의해 가수분해와 ISB의 고리 구조가 깨짐을 알 수 있었다. PICD의 열적 거동을 분석함으로써, 흡수된 물이 본연의 열적 거동을 방해하고 구조를 변형시키는 에너지원으로 기능하는 것을 확인하였으며 고체 CPMAS 13C-NMR을 통해 PICD 구조 내에서 재 배열 또는 패킹이 가수 분해 또는 ISB 고리 구조 개환으로부터 유도되었음을 확인하였다.

Poly(lactic acid) (PLA)와 poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG) 블렌드의 상용성과 결정화 거동에 관한 연구

박준용 한양대학교 대학원 2012 국내석사

PLA는 biomass 유래 환경 친화적인 고분자 재료로써, 우수한 기계적 물성을 가지고 있어 많은 관심을 받고 있다. 그러나 PLA는 brittleness, 낮은 열안정성, 느린 결정화 속도로 인해 다양한 응용분야에 적용하기에 제한적이다. 이를 해결하기 위한 방법 중의 하나가 PLA를 다른 생분해성 고분자와 블렌드하는 것이다. 본 연구에서는 Poly(lactic acid) (PLA)와 1, 4-Cyclohexane dimethanol (CHDM)dl 32 mol% 함유되어 있는 Poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG)의 블렌드를 제조하고, 이의 상용성과 물리적 특성, 그리고 등온결정화 거동을 1H-NMR, DMA, 인장테스트, DSC, POM을 이용하여 분석하였다. PLA와 PETG의 solubility parameter는 유사하였고, interaction parameter는 0.016이었다. Interaction parameter를 이용하여 도출한 phase diagram 결과, PETG의 함량이 22 wt% 보다 낮을 때 PLA와 PETG가 miscible함을 확인할 수 있었으며, 이와 마찬가지로 DMA에서 측정된 tan delta 피크와 DSC에서 측정된 유리전이온도 (Tg) 또한 20 wt% 보다 낮은 PETG 함량에서 하나로 측정되었다. 인장 테스트 결과, PETG의 함량이 증가함에 따라 블렌드의 toughness가 크게 향상되었으며, 이는 PETG의 도입으로 인해 PLA의 brittleness가 개선되었음을 의미한다. DSC 측정 결과, PETG의 함량이 20 wt% 보다 낮은 함량일 때, PETG의 함량이 증가할수록 냉결정화 온도 (Tcc)가 낮아지고, 그 peak의 폭이 좁아지며, 결정화도 (Xc)가 증가함을 확인할 수 있었다. 등온 결정화 실험 결과, 20 wt% 보다 낮은 PETG 함량에서, 결정화 온도가 낮아지고 PETG의 함량이 증가함에 따라 결정화 속도상수 (k)가 증가하고, 반결정화 시간 (t1/2)이 감소함을 확인할 수 있었으며, 이는 낮은 PETG 함량에서, PETG가 PLA의 결정화에 있어 기핵제 역할을 하였음을 의미한다. WAXD 측정 결과는 PETG가 PLA의 결정 구조에 영향을 미치지 않았음을 보여준다. Blends of Poly(lactic acid) (PLA) and Poly(ethylene terephthalate glycol) (PETG) with various compositions were prepared by melt compounding and the compatibility, physical properties, and isothermal crystallization behavior were investigated. 1H-NMR results exhibited that PETG we used this study contained 32 mol% of 1, 4-cycolhexylene dimethanol group (CHDM). The calculated solubility parameter of PETG is similar to that of PLA. And the interaction parameter between PLA and PETG derived from Flory-Huggins theory predicted that PLA and PETG are miscible at lower PETG content than 22 wt%. In the accordance with this result, the tan delta peak and glass transition temperatures of blends determined from dynamic mechanical analysis (DMA) and differential scanning calorimetry (DSC) are single at lower PETG content than 20 wt%. And the tensile test results showed that the brittle fracture of neat PLA was changed to ductile fracture of blends with the addition of PETG. In particular, PETG accelerate the crystallization rate of PLA when PETG content was lower than 20 wt%, indicating that PETG acts as a nucleation agent on the crystallization of PLA. And the crystalline structure of PLA does not affected by the incorporation of PETG.

스테롤조절인자 결합 단백질-1c에 의한 리포칼린-2 유전자 조절 기전

김도영 계명대학교 대학원 2018 국내석사

지방산 합성에 관하여 스테롤조절인자 결합 단백질(sterol regulatory element-binding protein, SREBP)은 세포내 지방과 콜레스테롤 대사를 조절하는 전사인자로 잘 알려져 있다. SREBP-1c는 간, 근육 및 지방에 많이 발현되며, 포도당 및 지방대사에 관여하는 효소들의 유전자발현을 조절하는 것으로 알려져 있다. 리포칼린-2(Lipocalin-2)는 리포칼린 계열의 단백질에 속하며 염증에 급성으로 반응하는 단백질로서 여러 장기 및 기관에서 발현이 된다. 최근 연구에 따르면 리포칼린-2는 비만, 인슐린 저항성 및 염증간 등에 중요성을 띠는 단백질로 알려져 있다. 그러나 SREBP-1c에 의한 리포칼린-2의 발현 조절에 대한 기전 연구는 전혀 알려진 바가 없다. 알콜성 간질환 모델에서 SREBP-1c에 의한 리포칼린-2의 발현 조절을 규명하기 위해서 8 주령의 정상 및 SREBP-1c 결핍 마우스를 3 주 동안 Lieber-Decarli 식이를 이용하여 에탄올을 투여한 후 간질환 형성을 유도한 결과, SREBP-1c 결핍 마우스가 정상 마우스에 비해 리포칼린-2의 발현이 감소함을 확인하였다. 간염 수치의 혈청 지표인자인 aspartate amino transferase 및 alanine amino transferase도 SREBP-1c 결핍 마우스에서 감소되었다. 간질환이 유도되었을 때 증가되는 염증성 사이토카인인 TNFa와 MCP-1의 발현이 SREBP-1c 결핍마우스에서 감소하였다. 크로마틴 면역침강법 염기서열 분석을 통해 SREBP-1c에 의해 리포칼린-2에 결합하는 서열을 확인하였고, 크로마틴 면역침강법을 통해서 리포칼린-2의 프로모터에 SREBP-1c가 결합할 수 있는 부위가 있음을 검증하였다. 결론적으로 이번 연구에서 리포칼린-2는 SREBP-1c에 의해 발현을 조절하여 알콜성 간질환에 의해 유발되는 지방간, 간염 및 간경변 등을 저해 할 수 있는 새로운 기전으로 규명하였으며, 만성적인 에탄올 섭취에 의한 지방대사 불균형이 가져오는 각종 염증성 간질환에 대한 예방적 전략을 마련할 수 있을 것이다.

고지방식이에 의한 지방간 형성에서 이소시트르산 탈수소효소 2의 역할

이재호 계명대학교 대학원 2015 국내석사

Isocitrate dehydrogenase 2 (IDH2) is located in the mitochondria and catalyzes the oxidative decarboxylation of isocitrate to a-ketoglutarate. Increased mitochondral reactive oxygen species (ROS) has been known to induce inflammation-mediated metabolic dysfunctions. Even though IDH2 is possible to protect cells from the oxidative stress, the function of IDH2 related to inflammtion-induced fatty liver has not been addressed yet. When wild-type (WT) and IDH2 knockout (KO) mice were fed 60 Kcal% fat (HFD) or 10 Kcal% fat as a control for 4 weeks, livers from IDH2 KO mice showed higher degree of hepatic steatosis and macrophage infiltration than WT. Moreover, inflammatory genes were pronounced in livers from IDH2 KO mice. To make mimic condition like HFD in vitro, bone marrow-derived macrophages (BMDMs) from mice were treated with palmitate for 24 hours. Palmitate-induced ROS generation was increased in BMDMs of IDH2 KO mice. Expression of inflammatory genes by palmitate was also increased significantly in IDH2 KO mice. In summary, the present study shows that deficiency of IDH2 leads to mitochondrial dysfunctions and increased ROS production. Pro-inflammatory cytokines were triggered by palmitate treatment in IDH2 KO macrophages, resulting in accelerating hepatic steatosis. These data demonstrate previously unrecognized contribution of IDH2 to palmitate-induced inflammation. 이소시트르산 탈수소효소(isocitrate dehydrogenase 2, IDH2)는 미토콘드리아 내에 위치하여 TCA 회로에서 이소시트르산을 산화적 탈탄산화시키는 기능을 한다고 알려져 있으며, TCA 회로 조절에 주요한 역할을 하고, 산화적 스트레스에 대해 방어 능력을 가지고 있다고 보고되어 있다. 하지만 아직까지 고지방식이에 따른 비만 및 지방간과 관련하여서는 연구되어진 바가 없다. 지방간 형성에서 IDH2의 기능을 밝히기 위해 정상 및 IDH2 결핍 마우스를 4주간 저지방식이(10% 지방)와 고지방식이(60% 지방)한 후 지방간 형성 유무를 확인한 결과, IDH2 결핍 마우스에서 지방간이 잘 잘 형성된 것을 확인하였다. 또한 마우스의 간 조직에서 대식세포 침윤정도를 측정하기 위해 F4/80 항체를 이용하여 간세포를 염색한 후 비교해 본 결과, 대식세포의 침윤이 IDH2 결핍 군에서 더욱 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 다음으로 지방간 유발 시 증가되는 대식세포 지표 유전자의 발현 정도를 정량 중합효소 연쇄반응으로 분석한 결과 염증조절 유전자들이 유의성 있게 증가되었다. 골세포유래 대식세포에 팔미트산을 24 시간 동안 처리해 보았다. 미토콘드리아의 기능에 이상이 생기는 활성산소종(reactive oxigen species, ROS) 증가에 의한 염증반응이 증가할 수 있기 때문에 ROS양을 확인해 본 결과 IDH2 결핍 대식세포에서 팔미트산에 의해 ROS가 더 증가됨을 알 수 있었다. 그 후 염증 유전자들의 발현 정도를 확인한 결과, in vivo 실험과 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 IDH2의 발현이 감소되면 미토콘드리아의 이상으로 ROS가 증가하여 염증반응이 일어남으로서 지방간 형성을 가속시킴을 밝혔다. 이러한 연구결과는 고지방식이에 의한 지방간 또는 지방간과 관련한 대사성 질환을 효과적으로 치료할 수 있는 치료표적 중의 하나를 제시하였다는데 의의가 있다고 할 수 있다.

Synthesis of conducting polymer-intercalated vanadate nanofiber composites and their application to energy storage devices

이세훈 한양대학교 대학원 2019 국내박사

암모늄 바나듐산염 나노 섬유는 바나듐 산화물 수용액과 황산 암모늄을 혼합하여 간단한 환류 및 초음파화학적 방법을 통해 합성되었다. 암모늄 바나듐산염의 기반물질인 바나듐 산화물의 층상 구조는 다양한 이온 종 및 유기 종을 바나듐의 결정 구조 내부로 삽입을 가능하게 하기 때문에 에너지 저장 장치의 활성 물질로서 상당한 잠재적 응용 가능성을 가지고 있다. 그러나, 바나듐 산화물의 자체적으로 매우 낮은 전기 전도도는 바나듐 산화물을 전기 화학적 에너지 저장 장치에 응용하는데 있어 제한요소가 되어왔다. 지금까지 이러한 낮은 전기 전도도를 해결하기 위해 바나듐 산화물을 기반으로 하는 암모늄 바나듐산염 나노 구조체에 대한 연구가 진행되어 왔지만, 합성과정에서 계면활성제와 강한 산성 촉매를 첨가제로 사용 할뿐만 아니라 심지어24시간 이상의 고열/고압 공정을 필요로 하는 복잡한 합성 과정 때문에 경제적인 합성 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 매우 간단하고 경제적인 환류법과 초음파화학법을 사용하여 바나듐산염 나노섬유의 결정 격자 내부로 전도성 고분자 폴리 에틸렌 다이옥시 싸이오펜을 층간삽입시켜 복합체를 형성하는 새로운 합성법을 제공한다. 환류법으로 합성된 암모늄 바나듐산염 나노섬유와 전도성 고분자와의 복합체는 염료감응형 태양전지의 상대전극 소재로 적용되었으며 초음파화학법으로 합성된 암모늄 바나듐산염 나노섬유와 전도성 고분자 복합체는 슈도커패시터의 전극 재료로 사용되어 실용화 가능성을 모색했다. 그 결과, 환류법으로 합성된 복합체는 바나듐산염의 결정 층간에 삽입된 전도성 고분자 폴리 에틸렌 다이옥시 싸이오펜에 의해 향상된 전기 전도도 (1.9 × 10-2 S/cm)를 나타냈다. 이 복합체의 광 전환 효율은 백금 상대전극 (6.5 %)과 유사한 6.0 % 보였다. 또한, 초음파화학법으로 합성된 전도성고분자 폴리 에틸렌 다이옥시 싸이오펜과 암모늄 바나듐 산염 나노섬유 복합체를 의사 축전기의 전극 재료로서 적용한 경우, 폴리 에틸렌 다이옥시 싸이오펜이 바나듐 산염의 결정격자사이에 환류법으로 합성된 복합체보다 더 많이 삽입되어 더욱 향상된 전기전도도와 그로 인해 더욱 넓어진 바나듐산염 나노 섬유의 결정 격자 면간 거리가 전해질의 칼륨 이온이 바나듐 산염 나노 파이버의 격자층 사이에서 빠르게 확산되는 것을 가능하게 하여, 의사 축전기의 전하 저장 비용량 및 율특성을 향상시켰다. Ammonium vanadate nanofiber (AVNF) based on vanadium oxides was synthesized through facile reflux and sonochemical methods by mixing of ammonium persulfate in solution of aqueous vanadium oxide. Layered structure of vanadium oxides have considerable potential application as an active material for energy storage devices, because they allow the intercalation of various ionic species and organic species to the crystal structure. However, the very low electrical conductivity of vanadium oxide has been a limiting factor regarding its application to electrochemical devices. In addition, when applying vanadium oxide as an electrode material for energy storage devices, the layered structure of vanadium oxide was collapsed by the repeated charge/discharge cycles, and thus the charge storage capacitance of the energy storage devices was decreased. To address the low electrical conductivity and structural instability of vanadium oxide, studies have been conducted on vanadium oxide-based synthesis of AVNF and their composites. These vanadate nanofibers have been synthesized by various methods including the surfactant-assisted solution method, hydrothermal method, sol-gel method, and electrochemical method in terms of synthetic methodology. However, these synthetic methods require the addition of surfactants and catalysts as well as a high-temperature/high-pressure process that is longer than 24 hours. Moreover, there has been little research on vanadate-conducting polymer composites, and there has been no application of these composites to energy storage devices to the best of our knowledge. Therefore, research should be conducted on economical experimental methods for synthesizing AVNFs having a one-dimensional structure and their composites as well as their applications to energy storage devices. In this study, we present a novel synthetic method for forming PEDOT / AVNF composites by intercalating poly (3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT) into a vanadate nanofiber interlayer using a very simple and economical reflux and sonochemical method. Also, the fiber formation mechanism of AVNF was studied by spectroscopic, microscopic, thermal gravimetrical, and crystallographic analysis techniques in detail. The reflux method-based ammonium vanadate nanofiber (R-AVNF) and its composite (R-EAVNF) were applied as materials for counter electrodes (CEs) of dye sensitized solar cells (DSSCs). In addition, the sonochemical method-based ammonium vanadate nanofiber (S-AVNF) and its composite (S-EAVNF) were applied as electrode materials for pseudocapacitors to explore the feasibility of practical application. As a results, the R-EAVNF had an improved electrical conductivity (1.9 × 10-2 S/cm) due to the intercalated PEDOT. The power conversion efficiency of the R-EAVNF composite material was 6.0%, which was similar to that of the Pt CE (6.5%). In addition, when the S-EAVNF was applied as an electrode material for pseudocapacitors, the crystal lattice distance of the vanadate nanofiber expanded by the PEDOT intercalation allowed the K+ ions of the electrolyte to rapidly diffuse between the lattice layers of the vanadate nanofiber, improving the charge storage capacitance and rate capability of the pseudocapacitor.

Liver receptor homolog-1에 의한 베테인호모시스테인 메틸전이효소 유전자 발현 조절 기전

한희경 계명대학교 대학원 2023 국내석사

간 수용체 동족체–1(Liver receptor homolog-1, LRH-1)은 장, 간 및 췌장에서 유전자 발현을 조절하는 세포 내 전사인자이며, 대사 항상성을 조절하는 중요한 고아 핵 수용체이다. 주로 지질과 콜레스테롤 대사에 관여하며, 금식 시 간에서 LRH-1 발현이 증가한다고 보고되어 있다. LRH-1의 표적인자들이 일부 규명되었으나 아직도 표적인자에 대한 발굴이 부족한 실정이다. 베테인 호모시스테인 S-메틸 전이효소(Betaine-homocysteine S-methyltransferase, BHMT)는 간에 존재하는 가장 풍부한 단백질 중 하나로써 호모시스테인 대사 조절에 관여한다. 또한 BHMT의 발현이 감소하였을 때 간에서 축적된 호모시스테인은 소포체 스트레스를 유발한다고 알려져 있다. 지금까지 간에서 BHMT 기능 연구는 되어 있으나, BHMT 발현 조절 기전은 거의 알려진 바가 없다. 따라서 이 연구에서는 LRH-1에 의한 BHMT의 발현 조절 기전을 규명하고 BHMT의 유전자 발현 감소에 의한 간 대사 기능에 미치는 영향을 밝히고자 한다. LRH-1 정상 및 LRH-1 결핍 마우스에서 간 조직 및 혈청을 분리하였고 QPCR, Western Blot 및 조직염색분석을 통하여 LRH-1 표적인자를 규명하였다. 금식한 정상 마우스의 간에서 LRH-1과 함께 BHMT의 유전자 발현이 증가하였으나, LRH-1 결핍 마우스에서는 BHMT 유전자 발현이 증가하지 않았다. 또한 헤마톡실린-에오신 염색을 통해 금식한 LRH-1 결핍 마우스의 간에서 중성지방이 더 축적되는 것을 확인하였고, 활성산소종에 의해 증가되는 지질과산화물의 함량을 측정한 결과, 금식 상태의 LRH-1 결핍 마우스에서 많이 증가된 것을 보았다. BHMT가 LRH-1에 의해 조절되는지 확인하기 위해 HepG2 세포에 LRH-1을 과발현한 결과 BHMT의 발현이 유의하게 증가하였다. 추가적으로 LRH-1에 의해 BHMT의 발현이 직접적으로 조절되는지 확인하기 위하여 프로모터 활성도 분석을 한 결과, BHMT 프로모터의 +131∼+137 bp 사이에 LRH-1이 결합하는 부위가 있음을 검증하였다. 이러한 연구결과는 금식 시 간에서 LRH-1의 활성으로 인한 BHMT의 발현 증가가 활성산소종을 억제하고 소포체 스트레스를 감소시킴으로써 중성지방 축적을 개선하는 것에 도움이 될 것이라고 제시하였다. Liver receptor homolog-1 (LRH-1) is an orphan nuclear receptor. It is primarily involved in lipid and cholesterol metabolism, and previous study confirmed that LRH-1 expression was increased in the liver during fasting. Betaine-homocysteine S-methyltransferase (BHMT), one of the most abundant proteins in the liver, is involved inn the regulation of homocysteine metabolism. Furthermore, it is known that decreased BHMT gene expression leads to homocysteine accumulation in the liver, which can induce endoplasmic reticulum (ER) stress. In this study, the mechanism of controlling the expression of BHMT by LRH-1 was identified, and the effect of BHMT deficiency on metabolic function was revealed in the liver. During fasting, both BHMT and LRH-1 gene expression increasedin the liver of normal mice, but BHMT gene expression was decreased in LRH-1 deficient mice. In addition, the lipid peroxide content in the liver tissues of LRH-1 deficient mice was increased. Promoter activity analysis confirmed the binding of LRH-1 to a specific site at +131 ∼ +137 bp of the BHMT promoter. In conclusion, this study suggested that LRH-1-mediated increase in BHMT gene expression alleviates triglyceride accumulation by suppressing reactive oxygen species levels and reducing ER stress.

간에서 Liver receptor homolog-1에 의한 Cystathionine g-lyase 조절 기전

박수영 계명대학교 대학원 2024 국내석사

Liver receptor homolog-1(LRH-1)은 고아핵수용체 계열의 전사인자로 주로 간, 췌장 그리고 난소에서 많이 발현되고, 담즙산 합성과 콜레스테롤 역수송에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 특히 간에서는 포도당, 담즙산 및 미토콘드리아 대사의 조절자로 알려져 있다. 황화수소는 가장 최근에 발견된 신경전달물질로 세포 보호, 염증, 혈관 기능, 신경 기능, 미토콘드리아 기능, 에너지대사 및 노화에서 중요한 역할을 한다. 황화수소는 cystein, cystathionine, homocysteine 경로의 효소 중 cystathionine g-layse(CTH), cystathionine b-synthase와 3-mecaptopyruvate sulfurtransferase에 의해 촉매되는 반응에서 역 황화 경로를 통하여 생성된다. CTH는 주로 간, 혈관계 및 췌장에서 발현된다고 알려져 있으며, 황화수소 생성에 크게 기여한다. 하지만 CTH의 발현조절 기전에 대해서는 아직 보고된 바가 없다. 따라서 이 연구에서는 LRH-1에 의한 CTH의 발현조절 기전을 규명하고, 황화수소 생성이 간의 중성지방 축적에 미치는 영향을 밝히고자 하였다. 이전 RNA-seq 자료를 바탕으로 CTH 프로모터에 LRH-1 결합이 가능한 유전자 염기서열이 있음을 발견하였다. 인간 간암 세포주 HEK-293T 세포에 LRH-1을 과발현 유도 후 활성물질인 DLPC를 처리하였을 때 CTH의 프로모터 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 그래서 CTH가 LRH-1의 표적 유전자임을 검증하기 위해 정상 및 간 특이적 LRH-1 결핍 마우스에 식이 또는 24 시간 금식 후 간 및 혈청을 분리하였다. 조직병리학적, mRNA 발현, 단백질 발현량을 분석한 결과, 선행연구에서 밝혀진 것과 같이 간 내 지질축적이 증가 되었고, CTH는 24시간 금식한 정상 마우스에서 발현이 증가하였으나, LRH-1이 결핍된 마우스에서는 증가하지 않았다. CTH가 황화수소 생성에 관여하는 효소이므로 황화수소의 활성을 정상 식이 또는 24 시간 금식한 마우스에서 각각 측정해 보았더니 금식한 정상 마우스에서만 황화수소의 생성이 증가하였고, LRH-1이 결핍된 마우스에서는 증가하지 않았다. 결론적으로 이 연구를 통하여 CTH가 LRH-1의 표적 유전자임을 규명하였으며, LRH-1 결핍에서 CTH 발현이 감소함으로써 황화수소의 생성이 감소하여 간 내 중성지방 축적이 가속화되는 기전을 규명하였다. Liver receptor homolog-1 (LRH-1) is a widely expressed transcription factor belonging to the family of orphan nuclear receptors. It plays a crucial role in bile acid synthesis and cholesterol reverse transport in the liver and pancreas. Hydrogen sulfide involved in cell protection, inflammation, vascular function, nerve function and mitochondrial function, is generated through areverse sulfur reaction catalyzed by enzymes like cystathione -layse (CTH), cystathione -synthase, and 3-mecaptopyruvate sulfur transferase. However, the regulatory mechanism governing CTH expression remains unknown. This study aimed to investigate how LHR-1 controls CTH expression and the impact of hydrogen sulfide on the hepatic accumulation of neutral fat. CTH expression was significantly increased by 24-hour fasting in normal mice. To assess hydrogen sulfide activity, mice were measured for hydrogen sulfide production under non-fasting or 24-hour fasting conditions, and it was confirmed that hydrogen sulfide production was significantly reduced in LRH-1 LKO mice than in WT mice. In conclusion, this study supports the notion that CTH is a target gene for LRH-1 and that LRH-1 deficiency leads to reduced hydrogen sulfide production by downregulating CTH expression. This decrease in hydrogen sulfide production impairs fatty acid oxidation, resulting in the accelerated accumulation of triglycerides in the liver.