초록 ▼

본 과제를 통하여 수행한 연구개발 결과를 주제별로 분류하면 아래와 같다. 1. 생체신호 영상화와 막전압고정법 수행을 위한 system 개발 가. Patch clamp software, Imaging 소프트웨어 개발: National Instrument사의 AD/DA board와 국내 세포생리학 실험실에 가장 널리 퍼져있는 Axon사의 digidata-1200A를 이용하여 각각의 하드웨어에서 운용될 수 있는 patch clamp용 소프트웨어를 개발하였다. 이들 소프트웨어들은 각각 EasyClamp 그리고 PatchPro 로 명명하였으

본 과제를 통하여 수행한 연구개발 결과를 주제별로 분류하면 아래와 같다. 1. 생체신호 영상화와 막전압고정법 수행을 위한 system 개발 가. Patch clamp software, Imaging 소프트웨어 개발: National Instrument사의 AD/DA board와 국내 세포생리학 실험실에 가장 널리 퍼져있는 Axon사의 digidata-1200A를 이용하여 각각의 하드웨어에서 운용될 수 있는 patch clamp용 소프트웨어를 개발하였다. 이들 소프트웨어들은 각각 EasyClamp 그리고 PatchPro 로 명명하였으며 현재 본 실험실에서 이들 소프트웨어를 이용하여 세포 생리학적 실험을 진행 중에 있다. 나. Patch clamp와 imaging의 동기화 구현: 본 연구진은 현재 가장 발전 가능성이 큰 CCD 카메라를 이용한 영상화 (imaging) 소프트웨어를 개발하여 이를 이용하여 세포생리의 연구를 수행하였다. 다른 범용 영상화 (imaging) 소프트웨어와는 달리 세포 내 활성물질 농도의 시간에 따른 빠른 변화를 기록하기 위해서는 CCD 카메 라의 개폐기와 여기 광원 (excitation light source)인 monochromator의 회절 격자 의 움직임을 동기화할 필요가 있으며, 게다가 세포의 전기적 자극과 기록을 병행하 기 위하여 patch clamp amplifier에 의한 자극시점도 같이 동기화해야 한다. 이러 한 필요조건을 성공적으로 만족시키는 소프트웨어를 개발하여 현재 연구에 이용하 고 있다. 2. 신전 (stretch) 자극에 의한 세포의 영상 자료와 막전압고정법 (patch clamp) 가. Ca2+ 농도 조절 및 막전압 조절에 관여하는 K+ 및 Cl- 통로의 활성화 기전 규명 (1) 심방근세포의 cell signalling에 있어서 phosphatidyl inositol bisphosphate (PIP2)의 역할에 관한 연구: acetylcholine-activated K+ channel과 phospholipase C를 경유하는 신호 전달 경로 사이에 crosstalk가 존재하며, 이를 매개하는 것이 PIP2로써 PIP2가 정상적인 신호 전달 경로에 관여한다는 결과를 얻었다. (2) 토끼 관상동맥 및 폐동맥 혈관평활근에 존재하는 칼슘-의존 이온 전류에 관한 연구:칼슘 농도 증가시K+ 전류와 Cl- 전류가 활성화되면 두 전류의 균형에 의해 서 세포내 칼슘 농도의 되먹이 조절기전이 결정됨을 발견하였다. 나. Stretch-activated non-selective cation channels: myogenic tone에mechano- sensitive cation channel이 큰 영향을 주고 있음을 제시하고 있으며, 이러한 mechanosensitive cation channel은 혈관의 tone의 유지와 생체의 혈류 속도 등의 항상성의 유지에 매우 중요한 의의를 지니고 있음을 알았다. 다. Stretch 자극에 의한 large conductance Ca2+-activated K+ channel의 활성도와 actin filaments의 조절기전: 혈관평활근세포에 풍부하게 존재하는 maxi-K+ channel (BKca) 또한 신전(伸展) 자극에 반응하며 이 반응은 세포내골격을 매개로 일어난다는 것을 알아내었다. 라. 심방근세포에서 신전자극으로 활성화되는 이온전류에 의한 활동전압의 조절: 본 연구에서는 세포막 전압의 변화를 초래할 수 있는, 기계적 신전(伸展) 자극에 의해 활성화 되는 stretch-activated channel의 변화가 심장세포의 전기적 활성에 어떤 변화를 야기하는지를 조사하여 그 결과를 컴퓨터를 이용, 심장근세포의 model을 만들었다.

Abstract ▼

The goal of our project supported by the NRL grant was to visualize the various cellular signals and analyze the results to get comprehensive understanding of physiological phenomen. Applied research technique: Patch-clamp techniques, Ion-sensitive fluorescent dye imaging and ratiometry, Cell image

The goal of our project supported by the NRL grant was to visualize the various cellular signals and analyze the results to get comprehensive understanding of physiological phenomen. Applied research technique: Patch-clamp techniques, Ion-sensitive fluorescent dye imaging and ratiometry, Cell image camera, Automatic diameter measurement of pressurized arteries by using edge-detector and image capture program, bio-imaging of the GFP-coupled transcription factor translocation in a cell. Imaging and analysis of secretory granules and their exocytosis mechnism, imaging of membrane proteins in subcellular organales like mitochondria (confocal microscopy), Imaging the mechanical deformation of cells, imaging the bio-signlas from the tissue slice Summarized research products: the following three categories of research were performed throughout the whole period. (1) Investigation of electrophysiological parameters at the single cell level and correlate the results with the physical image data of cells (e.g. cell size, stretch of membrane etc) and the chemical data of cells (e.g. intracelluar calcium, membrane lipid composition etc,) (2) Dynamic imaging the key signal transducing molecules (calcium ion, hypoxia-induced factor) at the level of single live cell. Also, the secretion process of exocytotic granules in cardiac myocytes. Bioimaging of mitochondria ion channels and mitochondria potential at the subcellular level. (3) Bio-imaging of physiological signals at the tissue level. While performing the above research item, we got the academic achievement as follows: 34 scientific research papers including 29 SCI-grade journals. 59 presentation of research results in scientific meetings including 19 foreign congress. 12 times of invited speech including one international symposium. organization of international scientific symposium from 7 different countries. 7 M. Sc. degree, 9 Ph. D. degree, one case of technical transfer of experimental software. Future application of research results: The scientific achievements will be utilized as crucial data in our physiome project: a virtual modeling of biological functions in computer based systems..

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...13
• 제 1 절 연구개발 개요...13
• 제 2 절 연구개발의 필요성...15
• 제 3 절 연구개발의 범위...19
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...21
• 제 1 절 국외 유수 연구기관들의 동향...21
• 제 2 절 본 연구실의 연구 개발 내용...22
• 제 3 절 기술 상태의 취약성...22
• 제 4 절 앞으로의 전망...23
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...24
• 제 1 절 생체신호 영상화와 막전압고정법 수행을 위한 system 개발...24
• 제 2 절 신전 (stretch) 자극에 의한 세포의 영상 자료와 막전압고정법 (patch clamp)...27
• 제 3 절 신호전달물질 변화 및 생체 신호의 영상화...39
• 제 4 절 조직 수준에서의 영상화 기법과 생리적 신호 연결 연구...54
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...70
• 제 1 절 연구 개발 목표 및 평가의 착안점...70
• 제 2 절 연구개발목표의 달성도 및 자체 평가...73
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...77
• 제 1 절 연구 결과의 활용...77
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...79
• 제 7 장 참고문헌...81