The role of cochlin LCCL domain regulating innate immune cells heterogeneity and bacterial clearance in peritonitis-derived mouse

Abstract

The peritoneum and peritoneal cavity are essential barriers that protect organs from external infections. In the peritoneal cavity, various resident immune cells float to detect foreign materials. Once a bacterial infection or inflammation occurs due to trauma, resident macrophages clear the pathogens, and innate immune cells are recruited for additional processes. In this process, numerous anti-bacterial molecules are involved in peritoneal immunity. Among them, cochlin is known to be expressed in the inner ear and vestibule, but it has recently been found to also exist in secondary lymphoid organs such as the spleen and lymph nodes. Cochlin is cleaved to LCCL domain (cochlin LCCL peptide) after systemic inflammation and secreted into the blood stream. However, the function of the cleaved LCCL peptide in innate immunity is still not fully elucidated. In this study, I found that LCCL peptide plays a crucial role in early phagocytosis as well as the regulation of proinflammatory cytokines. However, LCCL peptide leads to increased mortality caused by organ failure due to prolonged cytokine storm. Using single-cell RNA sequencing, I discovered that early neutrotime genes (ENGs) are up-regulated in Coch KO peritoneal neutrophils. ENGs exhibit a phenotype characterized by immature neutrophils, which includes the Chil3, Camp, Mmp8, and Ngp genes. In this sutdy, peritoneal neutrophils of Coch KO mice were less inflammatory and have reduced production of neutrophil extracellular traps (NETs). On the contrary, peritoneal neutrophils from WT mice have a significant population that displays a proinflammatory feature by reacting to CXCL1 and CXCL2 via CXCR2. In conclusion, LCCL peptide recruits CXCR2high neutrophils to eliminate bacteria, but this recruitment can also lead to host damage. 복막과 복강은 외부의 감염으로부터 장기들을 보호하는 데 중요한 장벽들이다. 복강에는 대식세포나 림프세포와 같은 다양한 내재 면역세포들이 떠돌아다니며 외래의 물질들을 탐지한다. 박테리아 감염이나 외상에 의한 염증반응이 발생하면, 내재 대식세포들이 병원균들을 제거하고 선천성 면역세포들이 유입되어 추가적인 작업을 진행한다. 이 과정에서 다양한 항박테리아 물질들이 복강 면역에 관여한다. 그 중 Cochlin은 기존 보고에 따르면 내이와 전정기관에서 발현된다고 알려져 있는데, 비장과 림프샘과 같은 2차 림프 기관에서도 존재하는 것이 최근 연구들에서 발견되었다. Cochlin은 전신성 염증반응이 발생하면 LCCL 펩타이드로 잘려져 혈류로 유입이 된다. 하지만 선천성 면역에서 잘린 LCCL 펩타이드의 기능이 아직 잘 연구되어 있지 않았다. 본 연구를 통해, 나는 LCCL 펩타이드가 복강에서의 초기 대식 작용과 친 염증성 사이토카인의 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. 하지만 LCCL 펩타이드는 지속적인 사이토카인 폭풍에 의한 장기부전을 일으켜 치사율을 증가시키기도 한다. 단일 세포 RNA 시퀀싱을 통해, 우리는 초기 호중구 유전자들이 Cochlin 결여 호중구들에서 높게 발현되는 것을 확인하였다. 초기 호중구 유전자들은 Chil3, Camp, Mmp8와 Ngp같은 유전자들을 포함하는 미성숙 호중구에서 발현되는 특징을 가진다. 본 연구모델에서, Cochlin이 결여된 마우스의 호중구들이 더 적은 염증반응과 호중구 세포 밖 덫을 적게 생성하는 것을 확인하였다. 반면에, 대조군 호중구는 CXCR2 수용체를 통해 CXCL1과 CXCL2에 반응하여 친 염증성 특징을 가지는 세포들이 상당한 것으로 보였다. 결론적으로 LCCL 펩타이드는 CXCR2 수용체 발현이 높고 Chil3 발현이 낮은 호중구들을 유입시켜 박테리아를 제거하게 하지만 이러한 유입이 결과적으로 호중구 세포 밖 덫을 형성하여 염증반응이 지속되었을 때 숙주에게 피해를 줄 수도 있음을 연구하였다.