Development of Therapeutic Antibody Targeting Tryptophanyl-tRNA Synthetase Inducing Innate Immunity

Abstract

신체에 병원균, 독소, 외래 물질 등과 같은 항원이 감염되면 이를 방어하 기 위해서 선천 면역 반응이 일어난다. 그 중 대표적인 방어체계는 대식세포에서 외래 물질을 인식하는 TLR4(Toll-Like Receptor 4)-MD2(Lymphocyte antigen 96) 복합체가 dimer를 형성하여 면역 사이토카인을 생성함으로써 면역반응을 촉 진하는 것이다. 그런데 감염된 외래 물질이 성공적으로 제거되었더라도 면역 사이 토카인이 줄어들지 않고 체내에서 계속 높은 상태를 유지하여 끊임없는 면역반응 이 일어나는 문제가 발생하는 것이 패혈증이다. 최근 연구에서 패혈증 환자의 혈 액에 아미노아실 tRNA 합성효소 (Aminoacyl-tRNA synthetase)의 한 종류인 트 립토파닐 tRNA 합성효소(Tryptophanyl-tRNA synthetase, WRS)가 높은 농도로 존재함이 알려졌다. WRS는 트립토판과 RNA를 연결하는 본래의 기능 이외에도 혈 관신생 등의 다양한 기능들이 밝혀지고 있으며, 특히 이번 연구에서 집중할 것은 선천 면역 반응을 유도하는 기능이다. 선천 면역 반응에서 WRS의 역할은 TLR4- MD2 복합체에 직접적으로 결합하는 것이다. 그러므로 외부 물질에 감염 되었을 때, WRS가 선천면역반응을 자극해서 inflammatory cytokine의 생성에 관여한다 는 것이 밝혀졌다. 본 연구에서는 WRS에 직접 결합하는 neutralizing antibody 를 개발하여 선천 면역을 억제하고자 하였다. 인간 대식세포에 neutralizing antibody를 처리하여 면역 사이토카인 생성이 감소되는 것을 확인하였으며, TLR4-MD2 dimerization에 관여한다고 알려진 WRS의 WHEP domain에 binding 함으로써 면역 사이토카인이 감소한다는 것을 밝혔다. 이러한 결과를 토 대로, 대식세포에서의 선천 면역 반응을 억제하는 항체를 사용하여 새로운 패혈증 치료제로서의 가능성을 제시하였다.

Overactivation of the innate immune system upon bacterial infection leads to sepsis. Specific bacterial compounds potently stimulate immune cells via TollLike Receptor 4 (TLR4)-Myeloid Differentiation protein 2 (MD2). Released LPS from gram-negative bacteria induce a TLR4-MD2 signal, and production of inflammatory cytokines from macrophage cells. In current study, it is reported that Tryptophanyl-tRNA synthetase (WRS) is secreted by monocyte upon bacterial infection. WRS is one type of aminoacly-tRNA synthetases which are commonly known as ligation enzyme with amino acids and their cognate tRNAs. WRS has a crucial role of inflammatory reaction by directly binding to TLR4-MD2 complex expressed in macrophages surface to induce phagocytosis and inflammatory cytokine production. To neutralize TLR4-MD2 signaling in experimental models of sepsis, we develop monoclonal antibodies toward the WRS. In this study, we addressed the question of whether neutralization of WRS by systemic administration of a monoclonal antibody interfere with sepsis pathology induced by Gram-negative bacterial infection. Most importantly, blockade of TLR4-MD2 pathway upon neutralizing of WRS was beneficial with respect to decrease in inflammatory cytokine, tumor necrosis factoralpha (TNF-α). Thus, we propose WRS inhibition as a strategy for therapeutic prevention of sepsis.