초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
암의 기저에는 다양한 생체분자들이 비선형적 상호작용을 통해 형성하는 복잡한 신호전달네트워크가 존재하며, 암은 이러한 네트워크 수준의 변이에 의한 질환이다. 따라서 전통적인 생명과학의 실험 및 통계적 데이터 분석에만 의존한 단편적이고 선형적인 접근법으로는 신호전달네트워크의 본질적인 특성을 이해하고 제어하기에 어려움이 있다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 IT기반의 컴퓨터시뮬레이션 분석과 BT기반의 분자세포생물학적 실험검증을 융합한 계산 시스템생물학 연구를 수행하였다. 그 과정에서 대장암 관련 대규모

□ 연구의 목적 및 내용
암의 기저에는 다양한 생체분자들이 비선형적 상호작용을 통해 형성하는 복잡한 신호전달네트워크가 존재하며, 암은 이러한 네트워크 수준의 변이에 의한 질환이다. 따라서 전통적인 생명과학의 실험 및 통계적 데이터 분석에만 의존한 단편적이고 선형적인 접근법으로는 신호전달네트워크의 본질적인 특성을 이해하고 제어하기에 어려움이 있다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 IT기반의 컴퓨터시뮬레이션 분석과 BT기반의 분자세포생물학적 실험검증을 융합한 계산 시스템생물학 연구를 수행하였다. 그 과정에서 대장암 관련 대규모 신호전달네트워크 구축 및 핵심 신호전달네트워크에 대한 수학모델 정립, 대장암 발생/진행의 분자기작 규명, 대장암 신호전달네트워크의 제어전략 수립 및 대장암세포 맞춤형 제어전략을 제시하였다.

□ 연구결과
본 연구팀은 당초 연구계획상의 모든 목표를 완수하였다. 생체 네트워크 정보를 바탕으로 핵심 네트워크를 재구성하고 수학모델을 개발하는 방법론을 정립하였다. 대규모 시뮬레이션 기술을 바탕으로 RAS와 TP53 유전자 돌연변이에 의한 끌개 지형에서의 동역학적 변화를 분석해, 비정상적인 증식과 전이에 기여하는 메커니즘을 밝혔다. 나아가 암의 발생/진행을 억제할 수 있는 네트워크 마커를 제안하였다. 또한 네트워크 수준의 제어 기법을 연구하고, 이를 바탕으로 대장암세포별 치료 타겟을 제시하였다.
그 결과로 Nature Communications, Journal of Molecular Cell Biology, Hepatology 등의 세계적 수준의 과학저널에 우수한 연구결과들을 다수 게재하였으며, 당초 목표였던 국외 SCI논문 7편을 훨씬 뛰어넘는 22편의 국외 SCI논문을 출판할 수 있었다. 지식재산권의 경우, 당초 목표였던 국내 특허 출원 2건을 뛰어넘어, 국내 특허 출원 4건 및 등록 2건, 국외 특허 등록 1건을 달성하였다.

□ 연구결과의 활용계획
본 선행연구를 기초로 하여, 후속 전략과제 연구에서는 네트워크 다이나믹스 마커를 제안하고 이를 활용하여 대장암 환자에 대한 정밀의학 실현의 토대가 되는 계산 시스템생물학 기반 원천기술 연구를 수행하고자 한다. 이를 통해 암환자에게 항암제를 처방하기에 앞서 암세포의 유전체 정보를 활용하는 암 신호전달네트워크 시뮬레이션 분석을 통해 개별 환자에게 최적의 항암치료전략을 제안할 수 있을 것이다. 나아가 효율적인 신약개발을 가능하게 하는 Bio-IT 융합산업의 창출에 활용될 수 있다.
본 전략과제의 연구 결과는 기존의 실험 중심의 생명과학 연구와 연계되어 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 분자세포생물학 실험을 통해 밝혀낸 결과를 암 신호전달네트워크에 대한 시뮬레이션 분석을 통해 재해석하여 제시한다면 의생명과학 분야의 연구자들뿐만 아니라, 수학 모델 및 시뮬레이션 분석에 익숙한 융합연구 분야의 수학/물리/공학 분야의 연구자들의 이해도 도울 수 있을 것으로 생각된다. 또한 본 과제에서 연구한 핵심원천기술은 여타 복잡계 질환 및 생명현상에 대한 가상생체시스템의 핵심원천기술 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose&contents
The limitation in current cancer studies primarily stems from a narrow view of the traditional approaches, which only focus on the particular aspects of biological processes that actually consist of nonlinear and complex interactions between various biomolecules. To overcome su

□ Purpose&contents
The limitation in current cancer studies primarily stems from a narrow view of the traditional approaches, which only focus on the particular aspects of biological processes that actually consist of nonlinear and complex interactions between various biomolecules. To overcome such a limitation, we conducted a computational systems biological study, in which we combined IT and BT to analyze cancer signaling networks. We revealed molecular mechanisms underlying colorectal cancer development and progression based on the reconstructed mathematical model for colorectal signaling network. We also developed a cell-line specific control strategy of colorectal cancer signaling network through integrative systems analysis.

□ Result
We completed all the objectives in the initial proposal of this project. We have established a framework for developing the mathematical models of a reconstructed kernel network from biological database. We also have developed a computing technology for searching a large-scale state space in order to analyze the network dynamics, and found that RAS and TP53 mutations were responsible for abnormal proliferation and metastasis of the colorectal cancer. We also found the essential network markers for controlling the colorectal tumorigenesis, and suggest cell-line specific therapeutic targets based on the systematic network control.
As a result, we published our studies in high-profile journals such as Nature Communications, Journal of Molecular Cell Biology, and Hepatology. We published 22 SCI papers during the project, which exceeded the initial goal of 7 SCI papers. We also accomplished 4 patent applications and 2 issued patents in Korea, and 1 PCT patents, which exceeded the initial goal of 2 patent applications in Korea,

□ Expected Contribution
Based on this projet, we will conduct the succeeding project to establish the fundamental technology based on the computational systems biology for precision medicine using network dynamics markers of colorectal cancer patients. The eventual goal is development of optimal cancer therapy for each patient by investigating genomic information of the patients, which is expected to realize personalized treatment strategy. This approach can contribute to Bio-IT convergence industry through revolutionizing the foundation of drug development.
Our results are expected to provide the possibility of synergy with traditional experimental biology approaches. Combination of molecular experiment analysis and systematic network analysis can be helpful from oncologist to engineers for unraveling the road to treat cancers. Utilizing our fundamental technologies based on computational systems biology may shed light for the investigation of mechanisms underlying the occurrence/progression of various incurable complex diseases including cancers, and for the discovery of optimal strategy for systematic control of such diseases.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 24
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 26
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 29
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 31
• 8. 참고문헌 ... 32
• 9. 연구성과 ... 33
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 46
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 47
• 12. 기타사항 ... 48
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 49
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 65
• 끝페이지 ... 124