사람 뇌 성상세포에서 toll-like receptor 3을 통한 double stranded RNA에 의한 interleukin-6 생성

Abstract

[한글]

선천면역반응은 병원균 침입 시 pattern recognition receptor (PRR)을 통하여 pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)를 인지함으로써 감염원에 대한 일차 반응을 담당한다. Toll-like receptor (TLR)는 포유류에서 선천면역반응에 관여하는 PRR로 다양한 PAMP을 인지하여 선천면역반응을 조절하는데 핵심적인 역할을 한다. 최근 중추신경계에서 선천면역반응이 일어난다는 증거가 제시되어 면역반응이 퇴행성 신경 질환의 병리기전으로 생각된다.

성상세포는 중추신경계를 구성하는 신경교세포로서 중추신경계의 물리적인 지지를 담당하고 중추신경조직의 화학적 항상성 유지에 관여 한다. 이러한 생리적 작용 외에도 면역학적인 기능을 하고 있어 중추신경계 면역반응에 중요한 역할을 하고 퇴행성 신경 질환의 병인과 깊은 관련이 있는 것으로 생각된다. 본 연구에서는 사람 뇌 성상세포에서 TLR3가 발현함을 확인하고 double stranded RNA (dsRNA)로 자극하여 TLR3를 통한 성상세포의 활성화를 관찰하였다.

사람 뇌 성상세포에서 TLR3가 발현되었고 TLR3의 리간드인 dsRNA와 lipopolysaccharide (LPS)와 interferon (IFN)-g 자극에 의해 TLR3의 발현이 증가하였다. 그리고 dsRNA 자극에 의해 TLR3를 통한 신호전달 결과로 사람 뇌 성상세포에서 NF-kB가 활성화되었다. 또한 dsRNA 처리 시 사람 뇌 성상세포에서 interleukin (IL)-6가 생성되었고, 이는 TLR3 차단 항체에 의해 80% 이상 감소하였다. 사람 뇌 성상세포에서 TLR3의 활성화에 의해 mitogen-acitivated protein kinase (MAPK)가 인산화 되었다. Jun-N-terminal kinase (JNK)와 p38 MAPK의 인산화가 강하게 일어났고 그에 비해 extracellular signal-regulated kinase (ERK)의 인산화는 적게 일어났다. 사람 뇌 성상세포에 JNK 억제제인, JNK inhibitor II와 p38 MAPK 억제제인, SB203580를 전처치하고 dsRNA 자극을 주었을 때 IL-6의 생성이 80% 정도 억제되었으나 ERK의 억제제인 U0126에 의해선 50% 가량 억제되었다.

결론적으로 성상세포는 TLR3를 통해 dsRNA 자극에 의해 활성화되고 MAP kinase 신호전달 경로를 거쳐 IL-6를 생성한다. 이러한 연구결과를 토대로 성상세포가 중추신경계에서 선천면역반응을 유도하고 면역반응을 조절하여 감염에 의해 발생되는 퇴행성 신경 질환 (neurodegenerative disease)의 초기 단계와 진행에 중요한 역할을 할 가능성이 있음을 제시한다.

[영문]The innate immune system detects the presence of infection by recognizing pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) which is recognized by pattern recognition receptors (PRRs). The toll-like receptor (TLR) family, one of the conserved PRRs in mammalian, constitutes a first line of defense against a variety of pathogens and play a critical role in initiating the innate immune response. Recently, there are many reports that the central nervous system (CNS) has well-organized innate immune reaction. The recent discovery of innate immune response in the brain, supports the idea that immune response may play a significant role in the pathogenesis of neurodegenerative disorder. Astrocytes represent the major population of CNS cells. Their main function is the physical protective support for neurons. However, the recent reports suggest that they contribute to inflammatory immune responses within the brain in response to microbial challenges.

In this study, we investigate the TLR3 expression and the immunological function of TLR3 in human astrocytes. TLR3 was detected in human brain astrocytes and the expression level of TLR3 was increased by the stimuli of LPS, IFN-g and dsRNA. The activation of TLR3 with dsRNA, which is the TLR3 ligand, leaded to the activation of NF-kB and the production of the proinflammatory cytokine, interleukin (IL)-6. MAPK phosphorylation was increased by TLR3 activation in human fetal astrocytes. The activation of JNK and p38 MAPK was induced strongly by dsRNA treatment, however, the ERK phosphorylation was induced modestly.

Preincubation of 2-AP (PKR inhibitor), JNK inhibitor II (JNK inhibitor), and SB203580 (p38 MAPK inhibitor) reduced the IL-6 expression by at least 80% in dsRNA-stimulated astrocytes. U0126 (ERK inhibitor) also inhibited IL-6 production to the 50% level in compared to that of dsRNA-stimulated astrocytes.

In conclusion, TLR3 which is expressed in human brain astrocytes recognizes dsRNA and the activation of TLR3 induces IL-6 production through PKR and MAP kinases signalling pathway. These results suggest astrocytes can induce innate immune response in CNS and may play an important role in the pathogenesis of neurogenerative disorder.