초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서논 생화학반응 네트워크(Biochemical reaction network)를 묘사하는 확률 미분방정식을 단순화하는 이론을 개발하고 이를 수학적 모델에 적용하여 생화학반응의 무작위성에도 불구하고 생체시계(Circadian clock)가 안정적으로 24시간 주기의 리듬을 만들어내는 메커니즘을 찾았다. 또한, 생체시계와 암 발생 억제 시스탬을 융합하는 수학적 모델을 구현하여 생체시계의 불안정이 암 발병률을 높이는 원인을 밝혀내었다. 수학적 모델 개발을 위한 설험 데이터 수집과 수학적 모델 결과의 실험 검증을

□ 연구개요
본 연구에서논 생화학반응 네트워크(Biochemical reaction network)를 묘사하는 확률 미분방정식을 단순화하는 이론을 개발하고 이를 수학적 모델에 적용하여 생화학반응의 무작위성에도 불구하고 생체시계(Circadian clock)가 안정적으로 24시간 주기의 리듬을 만들어내는 메커니즘을 찾았다. 또한, 생체시계와 암 발생 억제 시스탬을 융합하는 수학적 모델을 구현하여 생체시계의 불안정이 암 발병률을 높이는 원인을 밝혀내었다. 수학적 모델 개발을 위한 설험 데이터 수집과 수학적 모델 결과의 실험 검증을 위해서 해당 분야의 세계 최고 전문가들과 협력 연구를 진행하였으며 이를 통해서 수학과 생물학 사이의 성공적인 협력 연구 사례를 만들었다.

□ 연구 목표대비 연구결과
목표 1. 생화학반응을 묘사하는 복잡한 확률미분방정식의 단순화 방법 개발 및 기반 이론 증명.
본 연구에서는 Stochastic Quasi -steady state approximation(QSSA)의 적용 조건에 대한 수학적으로 엄밀한 계산을 완료하였다. 나아가 Stochastic QSSA가 적용할 수 없는 경우에 문제를 극복활 수 있는 대안도 개발할 수 있었다. 이러한 이론 연구들 바탕으로 효소 반응의 매개 변수 정확한 추정 방법과 약물의 간에서 대사를 통한 분해를 정확하게 추정하는 방법을 개발할 수 있었다.
목표 2. 생화학반응의 무작위성에도 불구하고 안정적인 생체리듬을 만들어내는 핵심메커니즘 세계 최초 규명
본 연구에서는 플로리다 주립대학 이주곤 교수와 공동연구를 통해서 생화학의 무작위성에도 불구하고 생체시계가 안정적으로 리듬을 만들어내는 두 가지 중요한 메커니즘을 규명하였다. 생체시계 핵심 단백질인 PER이 비선형적으로 분해되논 것과 Bistable 인산화 Switch를 통해서 시공간 Noise를 필터링할 수 있음을 밝혔고 학계에 많은 주목을 받았다 (예. Science Translation Medicine 에서 에디터 논평이 실림).
목표 3. 불안정한 생체리듬의 암 유발 원인 규명을 통해 암 예방법 및 치료법 개발
본 연구 에서는 Systematic modeling을 통해서 Timecourse 로부터 생체시계와 암 발생 억제하는 핵심 단백질인 p53과 MDM2 사이의 상관관계를 예측할 수 있었고 이를 버지니아텍 Finkielstein 교수 연구팀과 협력하여 실험으로 검증하였다. 이는 생채시계와 핵심 암 억제 분자들 사이의 상호작용을 규명한 천 연구로 여겨지고 있으며 이 덕분에 버지니아 과학한림원에서 매년 최고의 연구에 수여되는 상도 수여할 수 있었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
Stochastic Quasi-steady state approximation(QSSA)은 그 적용방법이 단순하여 수천편의 수리생물학 논문에서 사용되어 왔다. 본 연구에서 성취한 Stochastic QSSA 근간 이론 정립은 앞으로 확률 모델을 기반으로 하는 모든 수리생물학 연구의 근간이 될 것이며 수리생물학 분야의 기념비적인 이론 연구가 될 것으로 기대된다. 생화학반응의 무작위성에도 불구하고 안정적으로 24시간 주기의 리듬을 만들어내는 원리 규명을 통해 세포의 혼잡을 일으키는 비만, 노화, 치매 등의 질병이 불안정한 수면을 유발한다는 것을 규명하였다. 이는 불안정한 수면을 치료할 수 있는 새로운 패러다임을 제공한 것으로 평가 받고 있다. 생체시계와 암의 핵심 단백질 사이의 상호작용 메커니즘 최초 규명을 통해 생체시계의 불안정이 암을 유발하는 핵심 메커니즘을 규명할 수 있었다. 이는 생체시계가 불안정한 교대근무자들의 암 발생 예방법을 개발하고 하루 중 항암 치료에 최적화된 시간을 발견하여 암 예방과 치료의 확기적인 전기를 마련할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 6
• 3) 목표 달성 수준 ... 6
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 7
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 8
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 8
• 6. 참고문헌 ... 9
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 36