B세포 발달과 기능에서 전사 인자 Capicua의 역할에 관한 연구

Abstract

면역 체계에서 항체 생산을 담당하는 B세포는 크게 두 종류로 나뉜다. B-2세포는 체액성 면역의 중추로, T세포의 도움을 받아 외부에서 침입한 항원에 대한 항체를 만든다. 반면, B-1세포는 선천성 면역 세포로, 독자적으로 그리고 지속적으로 '자연 항체'를 만들어낸다. 혈청 내 80%의 면역글로불린 M이 B-1세포로부터 만들어 진 자연 항체이다. 자연 항체는 장내 세균총의 균형을 유지하는 데 도움을 줄 뿐 아니라, 세포 사멸의 잔해, 수명이 끝난 적혈구 등 체내에서 생성된 부산물을 중화시켜 내부 항상성을 유지한다. B-2세포의 목표가 외부 항원으로부터의 보호라면, B-1세포는 내부의 항상성 유지에 초점이 맞추어져있다. 한편 B-1세포는 태어나기 이전에 주로 만들어지며, 성체의 골수는 B-1세포를 효과적으로 만들어내지 못한다. B-1세포의 능력을 활용하여 여러 질병들의 치료에 적용하려는 시도들이 이루어지고 있는데 반해, B-1 세포의 분화와 유지에 대한 분자 기작에 대해서는 아직 많은 것이 알려져 있지 않다. Capicua (CIC)는 선충에서부터 사람에 이르기까지 잘 보존되어 있는 전사 억제 인자이다. CIC는 표적 유전자의 프로모터에 결합하여 해당 유전자의 발현을 낮춘다. CIC의 역할에 대해서는 여러 종류의 암 진행 조절, 퇴행성 신경질환 조절, 뇌 발달과 기능 조절, 담즙 항상성 유지와 관련된 연구들이 있으며, 최근에는 소포 도움 T세포 분화를 조절함으로써 자가면역질환 발병을 억제할 수 있음이 알려졌다. B세포에서의 CIC의 역할에 대해서는 알려진 것이 없으나, CIC가 면역 세포 특이적으로 결핍되었을 때, B-1세포가 비정상적으로 증가하는 것을 확인하였다. 이어 B세포 특이적 CIC 결핍 마우스에서도 비장과 복강 내의 B-1세포는 과도하게 증가한 반면, B-2세포의 경우 비장 내 성숙 단계에서부터의 감소가 관찰되었다. 뿐만 아니라, 성체의 골수는 B-1세포를 거의 만들지 못함에도 불구하고, CIC가 결핍된 골수를 이식한 키메라 마우스에서는 대조군에 비해 B-1세포가 증가해 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로, CIC가 B-1세포의 분화 또는 유지에 음성적 조절자로 기능한다는 가설을 세우고, 분화와 유지 두 가지 서로 다른 관점에서의 CIC의 기능을 연구하였다. 첫째로, 분화의 관점에서, B-1세포로 발달할 수 있는 전구체 세포들을 분석하였다. B-1세포로의 운명은 크게 두 조직에서 결정되는데, 이는 골수와 비장이다. B세포 특이적 CIC 결핍 마우스의 비장에서 특히 B-1세포의 전구체 세포가 증가해 있으며,뿐만 아니라 이 전구체 세포에서 B-1세포로의 분화에 중요한 B세포 수용체 신호전달 단백질들(예: Bruton tyrosine kinase)의 인산화 정도가 증가해 있음을 확인하였다. 즉, CIC는 비장에서의 B세포 성숙 단계에서 B세포 수용체 신호전달 강도를 조절함으로써 B-1세포로의 분화를 억제한다. 두번째로, 완전히 분화된 B-1세포의 분열과 생존에 CIC가 영향을 줄 가능성을 확인하였다. 이를 위해 다양한 B세포 자극 조건에서 세포 분열 정도와 생존 정도를 분석하였다. 그 결과, CIC가 결핍된 B-1세포는 대조군 B-1세포에 비해 분열 정도는 감소해 있었으나, 높은 생존율을 보임을 확인하였다. 세포 자멸사를 막는 유전자들의 발현 수준이 CIC 결핍 B-1세포에서 높아져 있는 것은 이러한 표현형을 뒷받침해준다. 즉, CIC는 B-1세포의 분화 및 유지에 모두 기여하고 있음을 알 수 있다. 다음으로 전사 억제 인자로 알려진 CIC가 어떤 분자 기전을 통해 B세포 운명 결정에 역할을 하는지 규명하고자 하였다. CIC의 결핍이 일으키는 유전자 발현 변화를 알기 위해, 정상 B세포와 CIC 결핍 B세포에서 전사체 분석을 진행하였다. 흥미롭게도, CIC 결핍 B세포에서 B-1세포의 분화를 촉진하는 전사 인자로 알려진 'Bhlhe41' 유전자의 발현이 높아져 있음을 발견하였다. 또한 Bhlhe41을 과 발현시킨 골수를 이식해 만든 키메라 마우스는 B-1세포의 비정상적인 증가를 보였다. CIC의 결핍으로 인한 Bhlhe41 발현의 증가가 B-1세포 확장의 원인임을 규명하기 위해, B세포 특이적 CIC 결핍 마우스의 조혈모세포에 RNA 간섭현상을 사용하여 Bhlhe41 발현을 인위적으로 감소시켰으며, 이를 면역 결핍 마우스에 이식함으로써 CIC 결핍과 동시에 Bhlhe41의 발현 역시 감소된 키메라 마우스를 제작, 분석하였다. 결과적으로 CIC 결핍 마우스에서 증가되어 있는 B-1a세포가 Bhlhe41 넉다운 마우스에서는 정상 수준으로 회복됨을 확인하였다. 즉, CIC의 결핍은 Bhlhe41 발현 증가를 유도하고, 결과적으로 B-1세포로의 분화를 촉진한다고 볼 수 있다. 그러나 CIC가 직접적으로 Bhlhe41의 전사를 조절하는 것은 아님을 분자생물학적 실험을 통해 증명하였다. Bhlhe41 유전자는 일주율을 갖는 유전자 중 하나로 알려져 있다. 그리고 CIC는 생체 시계 형성의 핵심 단백질 중 하나인 Per2의 전사를 직접적으로 억제한다. 세포 내부에서 일주율과 관계없이 PER2 단백질이 균형 수준 이상으로 많이 발현되면, 음성적 되먹임 작용이 억제되며 Bhlhe41의 전사가 촉진된다는 것을 밝혀내었다. 실제로 CIC 결핍 마우스에서 높은 수준으로 유지되는 Per2 유전자의 발현을 RNA 간섭을 이용하여 다시 낮은 수준으로 회복시키면, Bhlhe41의 발현이 감소할 뿐 아니라, B-1세포의 증가 역시 일정 수준 감소하는 것을 확인할 수 있다. 결론적으로 CIC는 생체 시계 유전자들인 Per2-Bhlhe41 axis의 조절을 통해 B-1세포 분화를 조절할 수 있음을 규명하였다. 마지막으로, B-1세포의 비정상적인 증가는 암의 성장을 촉진함을 발견하였다. B-1세포는 자연 항체를 분비하는 기능 외에도 면역 반응을 억제하는 IL-10이라는 사이토카인을 분비한다. 이는 종양 내부 환경에서 세포 독성 T세포의 면역 반응을 억제함으로써 암이 면역 체계로부터의 공격을 회피할 수 있도록 돕는다. B세포 특이적 CIC 결핍 마우스에 흑색종 세포주를 이식하면, 정상 마우스에 비해 종양이 더 크게 자랄 뿐 아니라, 종양 내부에 더 많은 B-1세포가 침윤해 있는 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 항암 면역 반응에 중요한 염증성 사이토카인인 IFNg, TNF를 분비하는 세포 독성 T세포는 감소해 있음을 발견하였다. B세포임에도 불구하고 선천성 면역세포의 성격을 갖는 B-1세포는 분명 특별하다. B-1세포가 분비하는 자연 항체는 폐렴, 독감, 관상동맥경화증, 패혈증, 그리고 다발성 경화증과 같은 자가 면역 질환으로부터의 보호를 제공하며, 체액성 면역 반응이 일어나기 전까지 면역 체계에 1차적인 보호막을 제공한다. 그러나 태어난 이후로는 B-1세포가 효과적으로 생성되지 않기 때문에, 나이가 듦에 따라 B-1세포 그리고 그에 의해 분비되는 자연 항체도 줄어들게 된다. 최근 노인이 더 취약한 특정 질병들에 대해 B-1세포를 치료 또는 예방의 목적으로 활용해보고자 하는 움직임이 있다. 그럼에도 불구하고, B-1세포 연구의 역사는 30여년 정도로 짧으며, 분화나 유지, 기능에 대한 연구는 여전히 부족하다. 생체 시계에 대한 연구는 오래 전부터 이루어져 왔고, 중심이 되는 전사 인자, 되먹임 기작에 대해서도 모델이 정립되어 있다. 하지만 생체 시계를 조절하는 유전자들이 면역 세포의 발달, 기능에 어떻게 영향을 주는지에 대해서는 최근 들어 조금씩 밝혀지고 있는 상황이다. 본 연구에서는 B-1세포 발달과 관련해 전사 억제 인자인 CIC의 역할을 최초로 규명하였다. CIC는 생체 시계 대표 유전자인 Per2 발현의 직접적 조절을 통해 Bhlhe41 의 발현을 간접적으로 조절함으로써, 비장에서의 B-1 전구체 세포를 적절한 수준으로 유지하며, 분화가 완료된 B-1세포의 세포 사멸에도 관여한다. 이 연구는 CIC가 분화나 유지의 관점에서 B-1세포의 풀(Pool)을 어떻게 조절하고 있는가를 밝혔을 뿐 아니라, 생체 시계 유전자의 균형을 조절함으로써 면역 세포의 발달, 더 나아가 항암 작용에도 영향을 끼칠 수 있다는 것을 시사한다는 점에서 특별함을 가진다.