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성과
연구보고서 단일 세포 빅데이터 기반 항암제 스크리닝 플랫폼 개발
(Development of single cell data analysis for high-throughput drug screening platform)
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등록번호 TRKO202200017982 발행년월 2021-03
발행기관명 경희대학교 발행국가/사용언어 대한민국 /국문
발주기관 한국연구재단 과제관리(전문)기관 한국연구재단
키워드 단일세포;전사체;항암제;스크리닝;빅데이터;
single cell;Transcriptome;Anticancer drug;Screening;Big data;
초록
□ 연구개요
▪ 본 연구는 단일 세포 빅데이터 기반 저비용∙고효율의 항암제 스크리닝 플랫폼 개발연구임. 즉, 종양환자 유래 세포주에 여러 종의 항암제를 처치한 후 한 번에 단일세포 수준에서의 전사체, 단백체 분석으로 암세포 이질성에 따른 항암제의 효능 및 내성기전을 분석할 수 있는 단일세포 기반 항암제 스크리닝 플랫폼 기술 개발을 목표로 함.
▪ 구체적 연구 개발 목표는 다음과 같음.
1) 다양한 샘플에 대해 한 번에 단일세포 분석을 할 수 있는 기술 (Multiplexed Single cell RNA-Seq) 개발
2) 단일세포 수준에서 전사체와 세포내 단백질을 동시에 분석할 수 있는 기술 개발
3) 단일세포 수준의 전사체, 단백체 분석을 통한 항암제 효능 및 내성 평가 플랫폼 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) “다양한 샘플에 대해 한 번에 단일세포 분석을 할 수 있는 기술 (Multiplexed Single cell RNA-Seq) 개발” 및 “단일세포 수준의 전사체, 단백체 분석을 통한 항암제 효능 및 내성평가 플랫폼 개발”관련 연구 내용 및 결과
- 미세유체공학 기반의 Drop-Seq 단일세포 분석 시스템을 구축하였으며, 이를 기반으로 샘플 바코딩 기법을 활용하여 다중 단일세포 분석 기술 (Multiplexed Single cellRNA-Seq)을 개발하였음.
- 구축된 Drop-seq 기반 샘플 바코딩 기법을 활용하여, 암 세포주에서 multiplexed single cell drug screening 연구를 진행하였으며, 단일 세포 수준의 항암제 효능 및 내성 평가플랫폼을 개발하였음.
- 본 연구는 본 과제 책임자 교신저자로 Science advances 저널 (IF: 13.116) 에 ‘Multiplexed single-cell RNA-seq via transient barcoding for simultaneous expression profiling of various drug perturbations’으로 논문 게재하였음.
(2) “단일세포 수준에서 전사체와 세포내 단백질을 동시에 분석할 수 있는 기술 개발”관련 연구 내용 및 결과
- 다중 단일세포 분석 기술을 이용하여 조합 바코딩이라는 새로운 개념을 도입한 항암제
스크리닝 플랫폼 개발 연구를 진행 중에 있으며 추가 후속 연구가 필요함.
- 또한 단일세포 수준에서 전사체와 단백질을 동시에 분석할 수 있는 sci-CITE-seq 기술 개발을 진행하고 있으며, 단백질 분석 조건을 최적화하였음.
※ 단일세포 수준에서 전사체와 단백질을 동시에 분석할 수 있는 기술 개발의 경우 단백질 분석 조건 최적화 연구에 다소 어려움이 있어서 보완 연구로 아래 두 기술 개발 연구를추가로 진행하였음.
- Drop-seq 기반 다중 단일세포 분석 기술 연구와 더불어 기존 장비들 없이 단일세포를 분석할 수 있는 기술을 개발하여 관련 논문을 출판하였음 (EMM., “MAPS-seq: magneticbead-assisted parallel single-cell gene expression profiling”).
- 항암제 내성 평가를 위해 Targeted deaminase를 이용한 여러 치환변이 도입 및 스크리닝과 단일세포 수준에서의 전사체 분석 플랫폼을 개발하여 관련 논문을 출판하였음 (Commun Biol, “Single-cell analysis of a mutant library generated usingCRISPR-guided deaminase in human melanoma cells”).

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
▪ 다중 단일세포 분석 기술을 개발함으로써 여러 가지 조건 실험이 필요한 단일세포 실험에 대해서 Multiplex로 한 번에 실험할 수 있게 하고 기존 한 번의 실험에 많은 비용이 들었던 단일세포 실험의 비용과 노동력을 상당한 수준으로 감축할 수 있음.
▪ 바코딩 올리고를 사용하기 때문에 세포내 존재하는 바코딩 올리고의 신뢰도를 이용하여 두 개 이상의 세포나 단일세포 실험에서의 노이즈와 정상적인 단일세포를 구별할 수 있는 방법으로도 사용될 수 있음.
▪ 다중 단일세포 분석 기술로 인해 단일세포 실험의 적용범위를 좀 더 넓힐 수 있고 새로운 패러다임을 열 것으로 기대됨.
▪ 단일세포 수준의 단백질을 DNA로 전환하여 차세대 시퀀싱으로 High-throughput 하게 읽어내는 방법 개발을 통해 세포내 단백질을 전사체와 동시에 분석할 수 있으며, 기존에는 알 수 없었던 신호전달 및 단백질 관련 여러 단일세포 수준 분석이 가능함.
▪ 항암제 스크리닝을 단일세포 수준에서 수행함으로써 단순 항암제 반응 뿐 아니라 매커니즘, 내성 등에 관한 정보를 제공해 줌.
▪ 기존의 항암제 스크리닝을 새로운 접근법으로 수행하여 단일세포 전사체, 단백질 수준까지 알 수 있는 기술을 개발하며 이런 기술 개발을 통해 기존보다 정밀하게 스크리닝을 할 수 있고 항암제 뿐만 아니라 각종 제약 산업에 응용될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차
표지 ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
가. 연구 목표 ... 4
나. 연구 내용 및 범위 ... 4
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
(1) “다양한 샘플에 대해 한 번에 단일세포 분석을 할 수 있는 기술 (Multiplexed Single cell RNA-Seq)개발” 및 “단일세포 수준의 전사체, 단백체 분석을 통한 항암제 효능 및 내성 평가 플랫폼 개발”관련증빙 연구 내용 및 결과 ... 5
(2) “단일세포 수준에서 전사체와 세포내 단백질을 동시에 분석할 수 있는 기술 개발”관련 증빙 연구내용 및 결과 ... 10
(3) 본 연구와 연관된 추가 연구 결과 관련 증빙 연구 내용 및 결과 ... 11
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
3) 목표 달성 수준 ... 13
4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
6. 참고문헌 ... 15
붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
끝페이지 ... 33

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