유전자 네트워크 분석을 통한 심근증 마커 유전자 탐색 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 보건대학원 보건학과, 2017. 8. 손현석.심근증은 관상동맥질환이나 고혈압, 판막증, 선천성 심장병등의 심혈관계 질환 없이 심장근육에 구조적, 기능적 이상이 생기는 질병으로 심장의 심실이 비정상적으로 비대해 지거나 확장이 되는 특징을 보인다. 심근증은 모든 연령대에서 발병 할 수 있고 증상은 심부전, 부정맥, 혈전증, 심장돌연사 등 다양하게 나타난다. 또한 치료법도 아형, 증상에 따라 매우 다양하기 때문에 효율적인 치료와 관리를 위해서는 조기에 정확하게 진단을 하는 것이 중요하다. 최근 염기서열 분석법 및 생명정보학적 기법의 발달로 심근증과 관련이 있는 유전학적인 정보들이 증가하고 있을 뿐 만 아니라 기존의 염기서열 분석법들에 비해 훨씬 많은 유전자를 빠른 시간에 분석 할 수 있는데, 이는 질병과 관련된 전체적인 유전자 분석 결과를 제공하여 심근증을 진단 하는데 도움을 준다. 이러한 유전학적 정보를 효율적으로 이용하기 위해서는 데이터베이스 및 검색 시스템의 구축이 중요하기 때문에 본 연구에서는 먼저 심근증에 대한 유전학적 데이터베이스와 웹 기반의 검색 시스템을 구축하고 CGDB (Cardiomyopathy Genetic Database)라 명명하였다. 데이터베이스 구축에 이용된 유전자 및 아미노산 서열, 유전자의 변이 및 임상적 의의, 단백질에 대한 정보는 각각 GenBank, ClinVar, UniProt에서 얻었으며 다운로드받은 플랫파일은 JAVA 프로그래밍 언어를 이용해 데이터 파싱 과정을 수행하여 데이터베이스의 구축에 필요한 정보들만을 추출하고 이를 다시 Mysql에 입력하기 위한 sql 포맷의 파일로 재가공 하였다. 이렇게 구축한 데이터베이스는 JSP, HTML을 이용하여 웹 기반의 검색시스템을 통해 구현 하였다. 본 데이터베이스의 구현은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 첫 번째는 심근증에 대한 통합적인 유전학적 정보의 제공으로 조건을 만족하는 유전자를 검색 할 수 있고 해당 유전자의 변이 및 발현하는 단백질에 대한 정보를 얻을 수 있게 하였다. 두 번째는 2차 연구를 위한 염기 및 아미노산의 서열정보를 fasta형식의 파일로 출력 할 수 있게 하였다. 이러한 데이터베이스 및 검색시스템을 통해 제공되는 심근증에 대한 유전학적 정보들은 신속하고 정확한 심근증의 진단에 크게 기여 할 수 있을 것이다. 다음으로는 심근증에 대한 마커 유전자를 찾기 위해 유전자 네트워크 분석을 실시 하였다. 먼저 네트워크를 구성 할 유전자를 선별하기 위해 NCBI GEO의 마이크로어레이 데이터를 이용하였다. 여러 원인의 심근증 환자들 중 심부전의 예후를 나타내는 환자들에 대한 연구 결과들로 차별 및 공통 발현 유전자들을 선별하여 심근증의 예후로 심부전을 나타내는데 관여하는 유전자들의 네트워크를 구성 하였다. 유전자들 사이의 연결선은 유전자들 간의 발현 상관성을 기반으로 구성하였는데 발현 상관성에 대한 정보는 GeneNetwork라는 웹 서비스를 통해 얻었다. 이렇게 구성한 유전자 네트워크에 대해 중심성 분석을 실시하였는데 이를 통해 C1QTNF7, ECM2, FAM188A, HNMT, ITIH5, NAMPT, OIP5-AS1, PTN, SMOC2, SULF1이 심부전의 예후를 나타내는데 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 또한 위의 네트워크와 선천적인 변이가 심근증의 원인이 되는 유전자들간의 2부 네트워크를 구성하고 중심성 분석을 시행하여 심부전의 예후를 보이게 하는 유전자들과 발현상관성이 큰 선천적 변이의 유전자들을 선별하였다. 중심성 분석의 결과 확장성 심근증 에서는 ACTC1, ACTN2, BAG3, DES, DMD, DSG2, DSP, FKTN, ILK, LAMP2, LDB3, LMNA, MYH7, MYPN, PKD1, PKP2, PLN, PSEN1, RBM20, RYR2, SCN5A, SGCD, TCAP, TPM1, TTN, VCL이, 비대성 심근증 에서는 ACTC1, ACTN2, ANKRD1, LAMP2, MYOZ2, MYPN, PLN, PRKAG2, TTN, VCL이 심부전의 예후를 보이게 하는 유전자들과 발현상관성이 크다는 것을 알 수 있었다. 이는 말초 혈액을 이용한 통상적인 진단검사에 심부전의 예후를 예측 할 수 있는 마커 유전자로 활용이 가능하다. 본 연구 결과들은 심부전에 대한 신속 정확한 진단 및 예후를 예측 할 수 있게 해주어 적절한 치료 방향 결정 및 지속적인 모니터링을 통해 환자들의 수명 연장 및 삶의 질 향상에 기여 할 수 있는 보건학적 의의가 있다.제 1 장. 서 론 1 1.1 연구배경 1 1.1.1 심근증의 정의와 병리생리학적 특징 1 1.1.2 심근증에 대한 분자 수준의 연구 5 1.1.3 심근증으로 인한 심부전 17 1.1.4 심근증 관련 데이터베이스 18 1.1.5 마이크로어레이와 차별발현 유전자 분석 23 1.1.6 유전자 네트워크 분석 25 1.2 연구의 필요성 27 1.3 연구의 목적 29 제 2 장. 연구 방법 31 2.1 데이터 수집 및 가공 31 2.2 시스템 개발 환경 및 데이터베이스 구현 35 2.3 차별발현 유전자 분석 39 2.4 유전자 네트워크 분석 43 2.5 단백질 네트워크 분석 54 제 3 장. 연구 결과 55 3.1 심근증에 대한 유전학적 정보 검색 시스템 구축 55 3.2 마이크로어레이 데이터를 이용한 차별발현 유전자 분석 63 3.3 유전자 네트워크 분석 68 3.4 단백질 네트워크 분석 83 3.5 유전자 선별 86 제 4 장. 고 찰 97 4.1 심근증으로 인한 심부전의 마커유전자 탐색 97 4.2 활용 방안 99 4.3 보건학적 연구에 적용 101 제 5 장. 결 론 102 참고문헌 105 Abstract 111Maste

Sensitivity of the East Asian summer monsoon to remotely sensed vegetation and moisture in a regional climate model

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :대기과학과,1999.Docto

고분자 나노소재 기반의 기능성 나노구조 제작 및 나노기술로의 응용

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 화학부, 2018. 2. 손병혁.Controlling or optimizing the functional nanostructures based on polymeric nanomaterials and their device applications have been intensively studied. Because nanostructured thin films of block copolymers (BCPs) and conjugated polyelectrolytes (CPEs) act as building block and interlayer material, respectively, they have been widely studied as promising candidates for nanoscale device applications. Furthermore, nanostructures of TiO2 from self-assembled BCP have unique optoelectronic properties, they are useful for optoelectronic applications, including solar cell, photocatalysts, and sensors. Diblock copolymers (BCPs), composed of two different polymers connected to each other with a covalent bonds, form nanosize structures such as spheres, cylinders, and lamellae by microphase separation. The morphology, size, and spacing of the nanostructures can be easily controlled by varying the volume ratios between the blocks and molecular weights. BCP nanostructures are useful to design nanostructured materials by using the BCP nanostructures as patterning masks for etching or as templates for the deposition or growth of materials. The CPEs as polymeric nanomaterials, which are conjugated backbones with side-chains bearing ionic functional groups, are widely used by nanostructured thin film based devices such as light emitting devices, thin-film transistors, and solar cells as well as biological and chemical sensors. The chemical structures of CPEs can be modified by synthetic chemistry, offering good opportunities for tuning the chemical, electrical and optical properties of the materials. In this thesis, the fabrication and their applications of vertically aligned TiO2 nanostructures from BCP nanotemplates and the application of a polymeric film based on 1,4-bis(4-sulfonatobutoxy)benzene and thiophene moieties (PhNa-1T) are discussed. The controllability over the dimension and shape of BCP nanoporous templates allowed for the adjustment of TiO2 nanostructures for various aims. Since the reduced graphene oxide (rGO) film provided effective transferring, superhydrophobic TiO2 nanorods from BCP cylindrical nanotemplate were conveyed onto a flexible polymer film and a metal substrate. Furthermore, due to the effective building block for deposition of perovskite absorbers and anatase crystallinity of perpendicularly oriented TiO2 nanostructures from BCP nanotemplates, it is applied to electron transporting layer for perovskite solar cells. In addition, because of the polymeric film based on PhNa-1T with excellent charge transporting properties and extremely smooth surface, it is beneficial for hole transporting layer between the electrode and perovskite layers. In Chapter I, the usefulness and significance of polymeric nanomaterials are discussed and the theoretical background of BCPs and conjugated polymers (CPs) are briefly introduced. Lastly, methods which are used to fabricate functional nanostructures using BCP nanostructures are discussed as well. In addition, the importance of CPEs is discussed and the several unique advantages of CPEs are shortly introduced. Also, the functional nanostructures of BCPs and CPEs from polymeric nanomaterials are applied to nanotechnology such as superhydrophobic surfaces and photovoltages. In Chapter II, we report transferrable superhydrophobicity which was enabled by fabricating TiO2 nanorods on a reduced graphene oxide film. Superhydrophobic TiO2 nanorods were synthesized from a nanoporous template of BCPs. The controllability over the dimension and shape of nanopores of the BCP template allowed for the adjustment of TiO2 nanostructures for superhydrophobicity. Since the reduced graphene oxide film provided effective transferring, superhydrophobic TiO2 nanorods were conveyed onto a flexible polymer film and a metal substrate. Thus, the surface of the designated substrate was successfully changed to superhydrophobic surface without alteration of its inherent characteristics. In Chapter III, we fabricated perovskite solar cells (PSCs) with enhanced device efficiency based on vertically oriented TiO2 nanostructures using BCP nanoporous templates. Structured dimension and shape controllability of the nanopores of the BCP template allowed for the synthesis of TiO2 nanorods and TiO2 nanowalls as an electron transport layer (ETL). The TiO2 nanorods-based PSCs showed more efficient charge separation and lower charge recombination, leading to better performance compared to TiO2 nanowalls based solar cells. The champion solar cells with TiO2 nanorods showed an efficiency of 15.5% with VOC = 1.02 V, JSC = 20.0 mA/cm2 and fill factor = 76.1%. Thus, perpendicularly oriented TiO2 nanostructures fabricated from BCP nanotemplates could be applied to the preparation of electron transport layers for improving the efficiency of PSCs. In Chapter IV, we introduce a novel polymeric hole-transport material based on conjugated polyelectrolytes (PhNa-1T) and its application as a hole-transport layer (HTL) material of high-performance PSCs on flexible substrate. Compared with the conventionally used PEDOT:PSS, the incorporation of PhNa-1T into HTL of the PSC device was demonstrated to be more effective for improving charge extraction from the perovskite absorber to the HTL and suppressing charge recombination in the bulk perovskite and HTL/perovskite interface. As a result, the flexible PSC using PhNa-1T achieved high photovoltaic performances with an impressive power conversion efficiency of 14.7%. Moreover, the neutral characteristic of PhNa-1T-based flexible PSCs showed much improved stability under an ambient condition than the acidic characteristic of PEDOT:PSS-based PSCs. Thus, flexible PSCs with high efficiency and good air stability can be fabricated by using the polymeric HTL (PhNa-1T).Chapter I. Introduction 1 1-1. Motivation 2 1-2. Block copolymers 3 1-3. Conjugated polyelectrolytes 7 1-4. Nanotechnology applications 10 1-5. References 33 Chapter II. Transferrable superhydrophobic TiO2 nanorods on reduced graphene oxide films using block copolymer templates 24 2-1. Introduction 25 2-2. Experimental section 26 2-3. Results and discussion 29 2-4. Conclusions 37 2-5. References 38 Chapter III. Vertically Aligned Nanostructured TiO2 Photoelectrodes for High Efficiency Perovskite Solar Cells via a Block Copolymer Template Approach 41 3-1. Introduction 42 3-2. Experimental section 44 3-3. Results and discussion 47 3-4. Conclusions 58 3-5. References 59 Chapter IV. Improving Performance and Stability of Flexible Planar-Heterojunction Perovskite Solar Cells Using Polymeric Hole-Transport Material 65 4-1. Introduction 66 4-2. Experimental section 68 4-3. Results and discussion 71 4-4. Conclusions 92 4-5. References 92 Abstract in Korean 100Docto

E-03 Future Changes in East Asian Summer Monsoon Rainy Season Characteristics in a Multi-GCM Driven Multi-RCM Ensemble

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Changes of precipitation extremes over South Korea projected by the 5 RCMs under RCP scenarios

The change of extreme precipitation is assessed with the HadGEM2-AO - 5 Regional Climate Models (RCMs) chain, which is a national downscaling project undertaken cooperatively by several South Korean institutes aimed at producing regional climate change projection with fine resolution (12.5 km) around the Korean Peninsula. The downscaling domain, resolution and lateral boundary conditions are held the same among the 5 RCMs to minimize the uncertainties from model configuration. Climatological changes reveal a statistically significant increase in the mid-21st century (2046- 2070; Fut1) and the late-21st century (2076-2100; Fut2) precipitation properties related to extreme precipitation, such as precipitation intensity and average of upper 5 percentile daily precipitation, with respect to the reference period (1981-2005). Changes depending on the intensity categories also present a clear trend of decreasing light rain and increasing heavy rain. In accordance with these results, the change of 1-in-50 year maximum precipitation intensity over South Korea is estimated by the GEV method. The result suggests that the 50-year return value (RV50) will change from -32.69% to 72.7% and from -31.6% to 96.32% in Fut1 and from -31.97% to 86.25% and from -19.45% to 134.88% in Fut2 under representative concentration pathway (RCP) 4.5 and 8.5 scenarios, respectively, at the 90% confidence level. This study suggests that multi-RCMs can be used to reduce uncertainties and assess the future change of extreme precipitation more reliably. Moreover, future projection of the regional climate change contains uncertainties evoked from not only driving GCM but also RCM. Therefore, multi-GCM and multi-RCM studies are expected to provide more robust projection.clos

Future changes in drought characteristics over South Korea using multi regional climate models with the standardized precipitation index

In this study, the projection of future drought conditions is estimated over South Korea based on the latest and most advanced sets of regional climate model simulations under the Representative Concentration Pathway (RCP4.5 and RCP8.5) scenarios, within the context of the national downscaling project of the Republic of Korea. The five Regional Climate Models (RCMs) are used to produce climate-change simulations around the Korean Peninsula and to estimate the uncertainty associated with these simulations. The horizontal resolution of each RCM is 12.5 km and model simulations are available for historical (1981-2010) and future (2021-2100) periods under forcing from the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. To assess the characteristics of drought on multiple time scales in the future, we use Standardized Precipitation Indices for 1-month (SPI- 1), 6-month (SPI-6) and 12-month (SPI-12). The number of drought months in the future is shown to be characterized by strong variability, with both increasing and decreasing trends among the scenarios. In particular, the number of drought months over South Korea is projected to increase (decrease) for the period 2041-2070 in the RCP8.5 (RCP4.5) scenario and increase (decrease) for the period 2071-2100 in the RCP4.5 (RCP8.5) scenario. In addition, the percentage area under any drought condition is overall projected to gradually decrease over South Korea during the entire future period, with the exception of SPI-1 in the RCP4.5 scenario. Particularly, the drought areas for SPI-1 in the RCP4.5 scenario show weakly positive long-term trend. Otherwise, future changes in drought areas for SPI- 6 and SPI-12 have a marked downward trend under the two RCP scenarios.1131Nsciescopuskc