Immune responses and early transcriptional profiles of murine macrophage following Brucella abortus internalization-defective mutant infection

Abstract

Brucella abortus는 소 브루셀라병의 원인체로서 인체에서는 파상열 (undulant fever) 로 알려진 만성 질병을 유발한다. 가축에서 이 질병은 유산과 불임의 형태로 나타난다. 통성(facultative) 세포내 세균의 특징은 대식구(phagocytes) 내에서도 생존하고 심지어 증식을 할 수 있는 능력이다. 세포내 기생세균들은 순환하는 항체가 접근할수 없는 적절한 위치를 찾을 수 있기 때문에, 이 세균의 제거를 위해서는 세포 외 기생세균에 적용되는 방어기작과는 다른 세포면역의 메커니즘이 필요하다. 이러한 세포성 면역에서 가장 중요한 cytokine은 Th1 세포에서 생성되는 INF- γ이다. 본 연구에서는 혈청학적 분석을 통하여 국내 분리주에서 특이하게 작용하는 항원을 발견하고자 하였으며, 진단적인 목적을 위해B. abortus 의 외막 단백질 (OMPs)과 살아있는 세균을 접종시킨 마우스의 비장세포에서 생성하는 IFN-γ의 차이를 규명하였다. 세균 감염 그룹보다 OMP접종 그룹에서 더 많은 IFN-γ를 생성하는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 OMPs가 면역반응을 잘 유도하는 것으로 추정되었다. 브루셀라병의 예방 및 관리를 위해서는 증상을 보이지 않는 보균체까지 감지할 수 있는 새로운 진단기법이 필요하며, 이를 위해서는 발병 메커니즘을 이해하는 게 가장 중요하다. 하지만, 브루셀라병의 발병 메커니즘은 VirB 시스템과 BvrR/BvrS 조절시스템과 같은 몇 가지 발병 인자들을 제외하고는 제대로 밝혀져 있지 않은 실정이다. 이러한 점에 기인하여, 본 연구는 브루셀라균의 생존 전략의 첫 단계인 숙주 세포내 침입능과 관련된 세균측 인자를 밝히기 위해 노력하였다. 또한, 숙주 macrophages내에서 브루셀라균의 생존전략을 이해하기 위해서, 숙주 세포내 침입능 결여 돌연변이주를 포함한 브루셀라균 감염에 따른 macrophage내에서의 전사반응을 분석하였다. 숙주 세포내 침입능에 관여하는 브루셀라균의 단백질을 관찰하기 위하여, Tn5 transposome 복합체를 사용하여 B. abortus에 삽입하여 변이주를 제작하였다. 총 132개의 변이주가 제작되었고, 세포내 침입능이 결여된 변이주를 선별하였다. 또한 이들의 유전자좌 및 막단백질의 특성을 연구하였다. Transposon C10, C29, D7의 삽입 사이트는 각각 ccmC, ppk, BruAb2_0168였다. C10균주에서는 세포내 침입능이 저하되었지만 세포 외막 단백질의 발현에는 아무런 변화를 볼 수 없었다. 하지만, 세포내 침입능이 저하된 다른 변이주C29는 OMP25 발현의 감소를 볼 수 있었고, D7 역시 OMP25, OMP28과 Porin2b의 발현량이 감소된 것을 관찰할 수 있었다. 이는 숙주세포 내 침입에 있어 OMP25는 결정적인 요소가 아니라, 연관만 되어 있음을 보여준다. 본 실험에서는 OMP25, OMP28, Porin2b의 발현에 관련이 있는 ppk gene과 BruAb2_0168을 발견하였고, 또한 ccmC gene의 다면발현성 효과에 대해서도 확인하였다. 감염에 따른 숙주세포의 반응에서는, wild type과 돌연변이주에 감염된 macrophage 모두 proinflammatory cytokines, chemokines, apoptosis의 발현을 증가시켰고, G-protein coupled receptors (Gpr84, Gpr109a, Adora2b)는 증가한 반면 세포간 trafficking을 조정하는 작은 GTPase와 관련된 유전자들은 감소하였다. 또한, cytohesin 1과 상호작용을 하는 단백질 (Cytip)과 ubiquitination 연관 유전자들 (Arrdc3 and Fbxo21)은 감소하였고, 이는 이 세균의 생존전략임을 시사한다. 하지만, wild type 감염 그룹과 돌연변이주 감염 그룹간에 주목할 만한 차이점은 발견하지 못하였다. 하지만, B. abortus 감염에 의해 GPCR 시스템, ubiquitin-proteosome 시스템 그리고 성장 억제 및 DNA 손상과 관련된 유전자가 변화하는 것을 새롭게 확인하였다. 본 연구를 통해 새로운 진단기법 개발은 국내 분리주를 이용하여 개발되어야할 필요성을 제시하였으며, 또한 이러한 발견은 기본적인 숙주-병원체 관계의 분자적 메커니즘을 더 잘 이해하는 데 기여할 것으로 보이며, 앞으로 더 많은 연구가 진행되어야 할 것이다.