Studies on GATA-2-dependent lineage reprogramming of c-Kit+CD24+ natural killer cells into myeloid cells

Abstract

Although previous studies showed that manipulating lineage determinants causes in vitro lineage reprogramming in immune cells, naturally occurring lineage conversion is still poorly understood in both homeostasis and diseases. Myeloid progenitor cells have generally been considered the exclusive source of myeloid cells under steady-state conditions. Here I show that NK cells contributed to a myeloid cell lineage pool in naïve and tumor-bearing mice. By using fate tracing of NKp46+ cells, I found that myeloid cell populations could be derived from NK-committed NKp46+ cells. Notably, among mature CD11b+CD27+ NK cells, c-Kit+CD24+ NK cells were capable of differentiating into a range of myeloid lineages in vitro and reprogrammed into neutrophils and monocytes in vivo. The differentiation was completely inhibited by NK-stimulating cytokines. In addition to the potential for lineage conversion, c-Kit+CD24+ NK cells retained NK cell phenotypes and effector functions. Mechanistically, GATA-2 was necessary for the differentiation of the c-Kit+CD24+ NK cells into myeloid cells. Therefore, I discovered that GATA-2-dependent conversion of c-Kit+CD24+ NK cells contributes to myeloid cell development and identified a novel pathway for myeloid lineage commitment in physiological conditions. My findings provide deep and novel insight for understanding the myeloid cell development.

일부 연구를 통해 질병이나 면역 세포 분화 관련 물질의 인위적인 발현 조절 상황에서 골수성 계통이 아닌 세포에서 골수성 세포가 생성될 수 있음이 밝혀졌지만, 정상 상황에서 골수성 전구 세포는 체내 골수성 세포를 생성하는 유일한 세포로 알려져 있다. 본 연구실에서는 암 환경에서 성숙한 CD11b+CD27+ 자연 살해 세포가 골수성 면역 억제 세포로 분화할 수 있음을 밝힌 바 있다. 이 연구는 정상 상황에서의 자연 살해 세포의 골수성 세포로의 전환, 골수성 세포로 전환 가능한 자연 살해 세포의 아형과 전환의 핵심 조절 인자를 규명하기 위해 진행되었다. 우선 자연 살해 세포를 추적할 수 있는 유전자 조작 마우스를 통해 자연 살해 세포에서 유래된 것으로 추정되는 골수성 세포가 정상 상황과 암 상황에서 존재함을 확인하였다. 이후 RNA sequencing과 in vitro culture experiment를 통해 CD11b+CD27+ 자연 살해 세포 중 c-Kit과 CD24를 발현하는 세포만이 골수성 세포로 전환되며, 자연 살해 세포 활성화 사이토카인에 의해 전환이 억제됨을 밝혔다. 또한 c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포를 마우스에 주입하는 adoptive cell transfer 실험을 통해 c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포가 체내에서도 골수성 세포로 분화할 수 있음을 확인하였다. 다음으로 RNA sequencing과 유세포 분석을 진행하여 골수성 세포로 분화할 수 있는 c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포의 특성을 확인한 결과, c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포는 다른 자연 살해 세포군과 마찬가지로 자연 살해 세포 특이적인 발현 패턴을 가지고 있으며 IFN-γ와 CD107a을 다른 자연 살해 세포군보다도 더 많이 생성할 수 있음을 확인하여, c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포가 골수성 세포로의 분화 가능성을 가지고 있는 자연 살해 세포임을 밝혔다. 마지막으로 c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포의 골수성 세포로의 분화 과정에 관여하는 핵심 조절 인자를 규명하기 위해 RNA sequencing을 진행하여 GATA-2, Gfi-1b, LMO-2과 PU.1 등 다양한 전사 인자가 관여함을 확인하였다. 이들 중 면역 세포의 계통 결정에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 GATA-2에 초점을 맞춰 이후 GATA-2 억제제 처리 및 GATA-2 과발현 실험을 진행한 결과, GATA-2가 c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포가 골수성 세포로의 분화에 필요함을 밝혔다. 따라서 본 연구를 통해 체내 골수성 세포를 생성하는 과정으로 GATA-2에 의존적인 c-Kit+CD24+ 자연 살해 세포의 골수성 세포로의 분화를 새롭게 규명할 수 있었다.