HMGB1이 보체의 고전 경로 활성화에 미치는 영향

Abstract

[한글]보체의 작용은 미생물 감염에 대한 숙주의 저항성을 제공하는 중요한 선천성 면역 기전 중의 하나이다. 패혈증에서 보체는 과도하게 활성화된 형태로 나타난다. 이러한 보체의 활성에 의해 생산되는 C5a와 같은 anaphylatoxin는 강한 주화성을 나타내는 보체 단백질로서 면역 세포를 모집하고 자극하여 감염 부위의 염증 반응을 증가시키는 역할을 한다.

High mobility group box 1 (HMGB1)은 미생물 감염에 의해 lipopolysaccharide (LPS)와 같은 자극이 왔을 때, 면역 세포가 능동적으로 분비하거나 세포 괴사가 일어나는 세포에 의해 수동적으로 분비되는 핵 단백질이다. 이는 세포 밖에서 사이토카인 (cytokine)과 같은 역할을 함으로써 질병에서 염증 반응을 증가시키는 매개체 역할을 한다. 이러한 HMGB1은 패혈증뿐 아니라 다양한 질병에서 혈청 내 높은 농도로 관찰된다.

미생물 감염에 의한 질병에서 비정상적으로 활성화된 보체 단백질의 역할과 HMGB1의 작용은 각기 그 중요성과 이들을 통한 질병 치료를 위한 연구 들이 진행되었으나, 이들 둘 간의 상관 관계와 작용은 아직 연구된 바가 없다. 따라서 여기서 보체 단백질 C1q와 HMGB1의 결합 여부와 보체 활성화 실험을 통하여 그 여부를 알아보고자 하였다.

보체의 고전적 경로 (classical complement pathway)의 활성화를 이끄는 첫 분자인 C1q와 HMGB1과의 결합 여부는 효소면역항체법 (ELISA), 표면 플라즈몬 공명법 (BIACORE) 그리고 두 단백질 간의 affinity 결합을 통하여 확인하였다. C1q 또는 HMGB1을 부착한 후 각 상대되는 단백질을 농도 별로 반응시켰을 때, 이들 간의 결합이 농도 의존적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 이들 간의 결합이 실질적으로 보체의 고전적 경로를 활성화시키고 있음을 보체 활성화 실험을 통해 표면에 보체의 C4b와 막공격복합체 (membrane attack complex, MAC)가 혈청 농도 별 반응에 따라 축적되는 양상을 통하여 알 수 있었다.

이로써 본 연구는 혈청 내 증가된 HMGB1이 C1q와의 결합이 보체의 고전적 경로의 활성화를 통해 질병에서 염증 반응을 증가시키는 매개 물질로서 작용할 수 있다는 가능성을 새롭게 제시하였다.

[영문]Serum complement proteins play an important role in resistance to infection. Complement is strongly activated in sepsis, and the complement-activated products of anaphylatoxins have biological activities leading to inflammation and chemotaxis. High mobility group box 1 protein (HMGB1) is released and plays roles as a pro-inflammatory cytokine-like molecule in sepsis even though HMGB1 is a poor inducer of TNF-α production in vitro treatment. To investigate whether HMGB1 can induce complement activation, we have been investigated the relationship between HMGB1 and complement system in this study. First, we studied the involvement of HMGB1 in binding to C1q, an initiator of classical pathway of complement activation, using ELISA. The immobilized C1q bound to HMGB1 in a dose-dependent manner, and the reciprocal experiment of C1q binding to the immobilized HMGB1 showed the similar result. Surface plasmon resonance (SPR) assay showed the real time binding of HMGB1 to C1q and reciprocal binding. In addition, affinity purification using human sera also proved that HMGB1 binds to C1q. Next C4b and the membrane attack complex (MAC) deposition could be observed after the interaction of HMGB1 with C1q. The study for classical pathway of complement activation via interactions of HMGB1 and C1q will show the novel role of HMGB1 in the pathogenesis of sepsis.