Toll-like receptor 2 mediates cutaneous reaction induced by repetitive ultraviolet irradiation in C57BL/6 mice

Abstract

Toll-like receptor 는 가장 잘 알려진 pattern recognition receptor 의 하나로, 외부 병원체의 침입으로부터 개체를 보호하는 선천 면역 기능을 갖는다. 이뿐 아니라, 상처 치유, 발암 현상 등 병원체의 침입이 없는 상황에서도 개체의 생체 반응에 관여한다고 알려져 있다. 최근의 연구에서는 일회의 자외선 조사와 관련된 다양한 반응들에도 Toll-like receptor 가 관여한다고 보고된다. 본 연구에서는 Toll-like receptor 2가 있는 C57BL/6 마우스와 Toll-like receptor 2가 없는 C57BL/6 마우스에서 반복적인 자외선 조사에 의한 반응이 차이가 있는지 비교 실험을 시행하였다. 주 3회 6주 간의 반복적인 자외선 조사에 대해 Toll-like receptor 2 가 없는 마우스에서 더 약한 염증 반응을 보였다. 즉, 자외선 조사 후 Toll-like receptor 2 가 없는 마우스에서 피부 두께가 더 얇았으며, 염증 세포의 침윤도 적게 관찰되었다. 또한 반복적인 자외선 조사 후 채취한 피부 조직을 이용한 real time PCR 실험에서 Toll-like receptor 2 가 없는 마우스가 정상 마우스에 비해 IL-1β, IL-6, MMP-13 유전자 발현이 낮았다. 동일한 반복적인 자외선 조사 후 채취한 피부 조직을 이용한 ELISA 에서는 IL-1β가, western blot 에서는 MMP-13 의 단백질 발현이 Toll-like receptor 2 가 없는 마우스에서 정상 마우스 보다 낮게 관찰되었다. 면역 조직화학 염색 실험에서 Toll-like receptor 2 의 endogenous ligand 로 알려져 있는 heat shock protein 70의 발현이 반복적인 자외선 조사 후Toll-like receptor 2 가 없는 마우스에서 정상 마우스보다 낮게 관찰되었다. 본 실험을 통해 C57BL/6 마우스에서 Toll-like receptor 2 가 반복적인 자외선 조사에 의해 나타나는 염증반응에 관여함을 알 수 있었으나, 관련된 정확한 경로는 본 실험에서 밝힐 수 없는 한계가 있었다. 향후의 연구를 통해, Toll-like receptor 2 가 매개하는 반복적 자외선 조사에 의한 염증 반응과 연관된 정확한 세포 집단과 그 기전을 밝히는 것이 필요하다.

Toll-like receptors (TLRs) are the most comprehensively investigated and well-characterized pattern recognition receptors, which mediates innate immunity against harmful microbial infection. In addition to microbial organisms, TLRs can also respond to endogenous molecules released from injured tissues or dead cells. TLR-mediated sterile inflammation triggered by endogenous molecules is involved in many pathological processes including tissue injury, repair and remodeling, autoimmune diseases, and tumorigenesis. Recent researches also suggest that TLRs may play a role in the responses to single ultraviolet (UV) exposure. We performed a comparative study regarding the difference of the response which is induced by repetitive UV irradiation between wild-type (WT) and TLR 2 knock-out (KO) mice, to provide in vivo evidence on the role of TLRs in mediating repetitive UV-induced response. Repetitive UV-induced inflammatory responses were less severe in TLR2 KO mice than in TLR2 WT mice after 6 weeks of UV irradiation (three times per week). In gross examination, TLR2 KO mice showed less prominent erythema and scaling. They also showed significantly thinner skin than WT mice, both by caliper measurement and image analysis. In histopathologic findings, TLR2 KO mice showed less inflammatory cell infiltration and heat shock protein 70 (endogenous ligand of TLR2) expression. Quantitative real-time RT-PCR exhibited lower gene expression levels of IL-1β, IL-6, MMP-13 in TLR2 KO mice. They also showed lower protein level of IL-1β in ELISA and MMP-13 in western blot. The present experiment demonstrated that TLR2 is associated with inflammatory responses to repetitive UV irradiation in C57BL/6 mice. However, the involved pathomechanism could not be clearly elucidated through this study. Further studies to investigate associated cell population and mechanism are required.