High mobility group box 1 (HMGB1)의 oligomerization이 DNA chaperone과 DAMP로서 미치는 역할 규명

Abstract

세포핵 단백질 high mobility group box 1 (HMGB1)은 대부분의 세포에서 발현하고 있으며 핵에서 HMGB1은 DNA chaperone으로서의 역할을 수행하지만 분비된 HMGB1은 염증 반응을 유발하는 염증 신호의 매개자로서의 역할을 수행한다. HMGB1은 다양한 자극에 의해서 oligomerization 되는 가능성을 바탕으로 DNA chaperone 혹은 DAMP로서의 역할을 수행할 때 oligomer를 이루어서 작용 하는지 조사하였다. 먼저 HMGB1의 DNA chaperone으로서의 역할을 oligomerization 형태로 수행하는지를 살펴 보았다. Oligomer HMGB1의 DNA에 결합 능력이 monomer 보다 강한지 EMSA를 통해 측정한 결과 HMGB1의 oligomer가 monomer에 비해 DNA에 강하게 결합하고 있음을 확인하였다. 다음으로 oligomerization된 HMGB1이 monomer에 비해 DNA 손상을 더 효과적으로 막을 수 있는지 조사하였다. 이를 위해 HMGB1 monomer와 oligomer가 transfection된 HMGB1이 knock out 된 mouse embryonic fibroblast (MEF) 세포로부터 얻은 whole cell lysates를 DNase, 구리, 철 이온 등과 반응시켜 chromosomal DNA 손상을 유도하였다. DNA fragmentation에 대해 HMGB1의 DNA protective effect를 측정한 결과 HMGB1 oligomer 형태가 monomer에 비해 DNA를 더 잘 protection 함을 확인할 수 있었다. 다음으로 HMGB1 oligomerization의 danger-associated molecular pattern (DAMP)로서의 가능성을 알아보았다. 먼저, 면역반응을 유발하는 다양한 pathogen-associated molecular pattern (PAMP)에 의해 HMGB1이 oligomerization 되는지를 확인하였고, 그 결과 HMGB1의 oligomerization이 다양한 PAMP의 농도에 의존적으로 증가됨을 확인할 수 있었다. 다음으로 oligomerization된 HMGB1의 DAMP로서의 역할을 조사해 보았다. LPS와 HMGB1을 pre-incubation하여 oligomerization 시킨 실험군과 pre-incubation하지 않은 각각의 HMGB1과 LPS 실험군을 마우스 대식세포주인 J774와 RAW264.7에 처리한 후 생성된 TNF-α와 IL-6 양을 측정해 보았다. 그 결과 pre-incubation 되지 않은 HMGB1에 비해 LPS와 pre-incubation 하여 oligomerization 시킨 HMGB1에 의해 TNF-α와 IL-6의 양이 매우 높게 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 그람양성 PAMP 분자인 LTA를 이용하여서 실험을 수행해 본 결과 LTA 역시 pre-incubation 하지 않은 HMGB1에 비해 LTA와 pre-incubation하여 oligomerization 시킨 HMGB1과의 결합체가 TNF-α와 IL-6의 생산량을 증가시킴을 확인할 수 있었다. 이러한 연구를 통해 HMGB1의 oligomerization은 핵 내 HMGB1의 DNA chaperone으로서의 기능과 세포 밖으로 분비된 HMGB1의 DAMP로서의 기능을 더욱 촉진 시킴을 확인할 수 있었다.