Functional characteristics of spleen KUL01hiMHCIIlo and KUL01loMHCIIhi monocyte/macrophage in chicken

Abstract

단핵구/대식세포들은 단핵식세포들의 골수 전구체로부터 유래 된 단핵식세포들로 조직과 세포의 향상성 유지 뿐만 아니라 병원균이 침투 시 이에 대응하는 선천셩 면역의 주를 이루는 면역세포들이다. 단핵구/대식세포들은 여러 조직 및 장기에 존재를 하며 다양한 기능을 수행한다. 예를 들어, 평상 시에는 사멸 세포를 대식하여 치우거나 조직의 생성에 관여하는 물질들을 생성함으로 조직의 항상성을 유지를 주로 수행한다고 알려져 있지만, 병원균의 침투 시에는 병원균을 대식하여 사멸을 유도하며 T 세포에게 항원을 제시하여 선천성 면역과 후천성 면역을 이어주는 중요한 역할을 수행한다. 더 나아가, 다양한 염증성 사이토카인들을 분비하여, 선천성 면역 시스템의 촉진을 유도하기도 한다. 단핵구/대식세포들은 주위 환경 및 상황에 잘 적응한다고 알려져 있으며 각 조직에 존재하는 단핵구/대식세포들의 역할이 조금씩 다르다는 것 또한 잘 알려져 있다. 조류의 경우에도 다양한 조직에 단핵구/대식세포들이 존재를 한다고 보고가 되었지만, 바이오마커의 부재로 이러한 단핵구/대식세포들의 표현형 및 기능들에 대한 연구가 매우 적은 상태이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 조류의 조직에 존재하는 단핵구/대식세포들에 대한 연구를 진행하고 하였으며, 놀랍게도 비장에 존재하는 단핵구/대식세포들은 다른 장기 (활액낭, 골수, 흉선, 폐. 맹장 편도선, 혈액)들과 달리 두 종류의 단핵구/대식세포들이 존재함을 확인하였으며 이 세포의 표현형 및 기능적 특성에 대하여 연구를 진행하였다. 조류의 비장에 존재하는 두 종류의 단핵구/대식세포들의 조류 단핵구/대식세포들 마커인 KUL01과 MHCII의 표현 양상이 다름을 확인하였고 이를 통해 두 군집을 KUL01hiMHCIIlo, KUL01loMHCIIhi 라고 명명을 하였다. 평상 시에는 두 군집 중 KUL01loMHCIIhi 세포들의 비율 및 수가 많음을 확인하였으며 항원 제시와 관련된 물질 (MHCII, MCHI, CD80)을 높게 발현함을 확인하였다. 반면 KUL01hiMHCIIlo 세포들은 이동능 및 대식 능력이 KUL01loMHCIIhi 세포들에 비하여 월등했다. 단핵구/대식세포들은 염증 상황에서 중요한 역할을 하기 때문에, 두 군집의 단핵구/대식세포들이 염증 상황에서 변화를 확인하기 위하여 조류에게 LPS를 복강 투여 후 두 군집의 세포들을 확인하였다. 그 결과, 평상 시 주로 존재하던 KUL01loMHCIIhi 세포들의 비율 및 수가 감소하며 KUL01hiMHCIIlo 세포들이 증가했다. 입양전달 (adoptive transfer)을 진행한 결과, 평상시에는 기증된 세포들은 초기에 KUL01hiMHCIIlo 군집에 주로 존재하며 시간이 지남에 따라 KUL01loMHCIIhi 군집에서 증가함을 확인하였고, 반면 염증 상황에서는 기증된 세포들이 KUL01hiMHCIIlo 군집에서 KUL01loMHCIIhi 군집으로 변하는데 걸리는 시간이 지연되어 KUL01hiMHCIIlo 세포들이 염증 상황에서 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 쥐에서 진행된 연구와 달리, 염증 반응에 의하여 KUL01hiMHCIIlo 세포들의 MHCII 발현이 감소했다. 정확한 관련 기전을 밝혀지는 못하였으나 염증 상황 시 비장에서 MHCII의 발현을 억제할 수 있는 COX-2가 증가함에 따라 COX-2 잠재적 요인이라고 생각한다. 종합하면, 닭의 비장에는 두 군집의 서로 다른 표현형 및 기능을 가진 단핵구/대식세포들을 본 연구를 통해 제시하는 바이다.

Monocytes/macrophages are found in diverse organs and have been reported to maintain tissue homeostasis and to act as the first line of defense in the host during steady state and pathogen-induced inflammation, respectively. Monocytes/macrophages have different nomenclature, phenotype, and functions in different organs. Most of monocyte/macrophage studies conducted in chickens are largely performed using cell lines, and subset of primary monocytes/macrophages, yet that is not well understood. The objective of the present study was to define characterization of the phenotype, function, and maintenance of spleen monocytes/macrophages during steady state and inflammation condition. Spleen monocytes/macrophages can be identified as KUL01loMHCIIhi and KUL01hiMHCIIlo cells based on their surface expression of KUL01, and MHCII. During steady state condition, KUL01loMHCIIhi cells are more frequent subset among KUL01+ cells. They expressed higher antigen presenting molecules (MHCII, MHCI, and CD80) than those on KUL01hiMHCIIlo cells. On the contrary, KUL01hiMHCIIlo cells are better phagocytic and migratory cells than KUL01loMHCIIhi cells. Furthermore, KUL01hiMHCIIlo cells are freshly infiltrated in the spleen and then becoming KUL01loMHCIIhi cells. During the inflammation situation induced by LPS administration via intraperitoneal (i.p) injection, the proportion and absolute number of KUL01hiMHCIIlo cells are increased in the spleen. However, the major source of inflammatory cytokines (IL-1β, IL-6, and IL-12) was KUL01loMHCIIhi cells. Uniquely, inflammation downregulated the MHCII expression in KUL01hiMHCIIlo cells, potentially via COX-2 production. In conclusion, the present study defined phenotype, function, and maintenance of KUL01hiMHCIIlo and KUL01loMHCIIhi monocytes/macrophages in spleen during steady state and inflammation condition. This study contributes to better understanding of primary monocytes/macrophages in relation to homeostasis and innate immunity in chicken.