생화학분자생물학회

Laboratory of Autoimmunity (자가면역 연구실)

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손동현

부산대학교 의학전문대학원 미생물학 및 면역학교실 

[연구실소개]

  감염이나 조직 손상에 의해 유도되는 염증(Inflammation)의 기본 기능은 병원균이나 손상된 세포를 제거하여 우리 몸을 건강하게 유지하는 보호 작용이다. 하지만, 이러한 염증이 잘 조절되지 않거나 적절한 시기에 없어지지 않으면 과도한 조직 손상으로 인해 류마티스 관절염(Rheumatoid Arthritis, RA)이나 강직성 척추염(Ankylosing Spondylitis, AS)과 같은 만성 염증성 자가면역질환을 일으킨다. 우리 연구실에서는 대식세포(Macrophage), 중성백혈구(Neutrophil), 그리고 다양한 질환 동물모델 및 환자 샘플을 이용하여 이러한 염증을 유발하는 물질을 동정하고 그 기능을 규명함으로써 류마티스 관절염이나 강직성 척추염과 같은 염증성 자가면역질환의 발병 Mechanism을 이해하고 이들 질환의 진단과 치료에 기여하고자 다음과 같은 다양한 기초 및 중개 연구(Translational Research)를 수행하고 있다.

 

 

​[연구내용]

1. 류마티스 관절염과 강직성 척추염에서 염증을 유발하는 물질 규명

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  대식세포(Macrophage)에 의한 선천면역반응(Innate Immune Response)에 중요한 패턴인식 수용체(Pattern Recognition Receptor)중의 하나인 Toll-Like Receptor(TLR)는 감염이나 조직 손상에 반응하여 염증성 사이토카인(Inflammatory Cytokine)의 분비를 유도한다. 하지만 자가면역질환과 관련하여 조직 손상에 의해 유도된 물질 중 어떠한 물질이 패턴인식 수용체를 자극함으로써 이러한 염증반응을 일으키는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구진에 의한 최근 연구에 따르면, 관절염 환자의 관절액(Synovial Fluid)에 존재하는 단백질들을 Proteomic Analysis로 분석하고 대식세포를 이용한 in vitro 실험 및 환자 샘플 분석을 통해 관절액에 존재하는 일부 혈장 단백질(Plasma Proteins)이 염증을 유발하는 손상연관 분자패턴(Damage-Associated Molecular Pattern, DAMP)으로 기능할 수 있음이 밝혀졌다 (그림 1). 또한, 일반적으로 퇴행성 질환 (Degenerative Disease)으로 인식되는 골관절염(퇴행성관절염, Osteoarthritis, OA)의 발병 및 진행에 있어 염증 반응이 중요한 역할을 할 것임을 시사하였다. 현재 우리 연구실에서는 관절염 환자의 관절액에서 동정된 DAMP가 어떻게 류마티스 관절염이나 강직성 척추염 및 골관절염의 발병에 기여하는지에 대한 연구를 진행 중이다.

 

  

 

그림 1. 류마티스 관절염, 강직성 척추염 및 골관절염의 발병과 관련하여 DAMP에 의한 염증 반응의 역할​

  

2. 류마티스 관절염의 발병에 있어 Citrullination과 NETosis의 역할 규명​

  Citrullination은 류마티스 관절염을 비롯한 다양한 염증성 질환에서 관찰되는 Process로서 Peptidyl-Arginine Deiminases(PADs)라는 효소에 의해 Positive Charge를 띤 Arginine이 Neutral Charge를 띤 Citrulline으로 바뀌는 Post-Translational Modification이다. 질량에서의 변화는 약 1 Dalton으로 아주 작지만 Charge가 변하기 때문에 심각한 구조적인 변화가 나타나고 이로 인해 단백질 고유의 기능을 잃거나 DAMP로 기능하여 염증을 유발한다. 또한, 항원성(Antigenicity)이 변하여 류마티스 관절염 환자에서 많이 검출되는 자가항체인 ACPA(Anti-Citrullinated Protein Antibody)가 생성되도록 유도하기도 한다.

  NETosis는 중성백혈구(Neutrophil)의 특이적인 Cell Death로서 Citrullinated Protein의 대표적인 Source이다. NETosis는 면역복합체(Immune Complex)나 미생물(Microbe)을 비롯한 다양한 자극에 의해 유도되는데, 이 과정에서 다양한 Nuclear Proteins, Cytoplasmic Proteins 및 DNA로 구성된 NETs(Neutrophil Extracellular Traps)가 분비되고 여기에 다량의 Citrullinated Protein이 포함되어 있다 (그림 2). NETosis는 감염과 같은 상황에서 우리 몸을 보호하는 역할을 하지만 제대로 조절되지 않으면 자가면역질환을 비롯하여 죽상동맥경화(Atherosclerosis)나 암과 같은 다양한 질환을 일으킨다고 최근에 많이 보고되고 있다. 따라서 NETosis 유발을 막거나 NETosis Product의 작용을 막음으로써 자가면역질환을 치료하고자 하는 시도가 현재 많이 이루어지고 있다. 본 연구진에 의한 최근 연구에 따르면, NETosis에 의해 생성된 Citrullinated Histone이 류마티스 관절염의 발병에 아주 중요한 자가항원(Autoantigen)으로 작용하며 이들이 자가항체(ACPA)와 결합한 면역복합체가 TLR4와 Fc Gamma Receptor의 Co-Stimulation을 통해 염증성 사이토카인의 생성을 자극함으로써 류마티스 관절염의 발병에 기여함이 밝혀졌다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 우리 연구실에서는 Citrullinated Histone의 기능 조절이 자가면역질환의 치료에 어떻게 이용될 수 있는지와 Citrullinated Histone이 NETosis 유발과 어떤 관련이 있는지를 연구 중이다. 또한, 아직 그 Mechanism이 제대로 규명되지 않은 NETosis를 일으키는 Signaling Pathway를 연구함으로써 이를 자가면역질환의 치료에 응용하고자 한다.

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그림 2. 중성백혈구의 NETosis (J Rheum Dis, 2016, 23(2):82-87)​

 

3. 다양한 자가면역질환의 새로운 바이오마커 발굴

  질병의 조기 발견, 조기 치료 및 예후 예측을 위해 신뢰할 만한 바이오마커(Biomarker)의 개발은 매우 중요하다. 류마티스 관절염의 경우, Rheumatoid Factor(RF)나 Anti-Cyclic Citrullinated Peptides(CCP) Antibody가 바이오마커로 이용되고 있으나 초기 단계의 류마티스 관절염의 진단에는 민감도와 특이도가 떨어진다. 또한, 강직성 척추염의 진단에 이용되는 HLA-B27 유전자를 가지고 있는 사람 중 약 7% 정도에서만 강직성 척추염이 나타나므로 매우 낮은 특이도를 보인다. 따라서 강직성 척추염의 진행이나 예후 및 질병활성도를 예측하는 특이적인 바이오마커 개발이 필요하며, 특히 강직성 척추염의 특징인 염증과 골형성을 직접적으로 일으키는 질환 유발 바이오마커(Pathogenic Biomarker)의 발굴이 절실하다. 본 연구진에 의한 최근 연구에 따르면, 강직성 척추염에 특이적으로 증가되어 있는 PPM1A 단백질 및 특이 자가항체 반응은 질병활성도를 나타내는 BASDAI(Bath Ankylosing Spondylitis Disease Activity Index)와 상관 관계가 매우 높으므로 혈청학적 바이오마커로 활용 가능할 것으로 기대된다. 현재 우리 연구실에서는 Protein Microarray의 전문가인 스탠포드 대학교의 William Robinson 교수 연구실과의 공동 연구를 바탕으로 강직성 척추염의 염증과 골형성을 직접적으로 일으키는 질환 유발 바이오마커를 발굴하기 위해 환자 샘플 및 조골세포(Osteoblast)를 이용한 골형성(Osteogenesis) 연구를 진행 중이다 (그림 3). 또한, 환자 샘플을 활용하여 앞서 언급한 Citrullinated Protein들이 류마티스 관절염을 비롯한 염증성 질환의 바이오마커로 이용될 수 있는지 연구 중이다.

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​그림 3. Protein microarray와 osteogenesis를 이용한 바이오마커 발굴 (Robinson lab, Stanford)​

 

[연구책임자]

손동현 교수

주소: 경상남도 양산시 물금읍 부산대학로 49

부산대학교 의학전문대학원 미생물학 및 면역학교실

전화: 051-510-8095

팩스: 051-510-8026

E-mail: dhsohn@pusan.ac.kr

 

 

 

 

[연구진구성]

교수: 손동현

석사급 연구원: 정호임

  

[대표논문]

1. Sohn, D.H. (2016) NETosis in autoimmune diseases. J Rheum Dis. 23(2):82-87.

2. Sohn, D.H., Rhodes, C., Onuma, K., Zhao, X., Sharpe, O., Gazitt, T., Shiao, R., Fert-Bober, J., Cheng, D., Lahey, L.J., Wong, H.H., Van Eyk, J., Robinson, W.H., Sokolove, J. (2015) Local joint inflammation and histone citrullination in a murine model of the transition from preclinical autoimmunity to inflammatory arthritis. Arthritis Rheumatol. 67(11):2877-2887.

3. Kim, Y.G., Sohn, D.H., Zhao, X., Sokolove, J., Lindstrom, T.M., Yoo, B., Lee, C.K., Reveille, J.D., Taurog, J.D., Robinson, W.H. (2014) Role of protein phosphatase magnesium-dependent 1A and anti-protein phosphatase magnesium-dependent 1A autoantibodies in ankylosing spondylitis. Arthritis Rheumatol. 66(10):2793-2803.

4. Jung, I., Sohn, D.H., Choi, J., Kim, J.M., Jeon, S., Seol, J.H., Seong, R.H. (2012) SRG3/mBAF155 stabilizes the SWI/SNF-like BAF complex by blocking CHFR mediated ubiquitination and degradation of its major components. Biochem Biophys Res Commun. 418(3):512-517.

5. Sohn, D.H., Sokolove, J., Sharpe, O., Erhart, J.C., Chandra, P.E., Lahey, L.J., Lindstrom, T.M., Hwang, I., Boyer, K.A., Andriacchi, T.P., Robinson, W.H. (2012) Plasma proteins present in osteoarthritic synovial fluid can stimulate cytokine production via Toll-like receptor 4. Arthritis Res Ther. 14(1):R7.

6. Oh, J., Sohn, D.H., Ko, M., Chung, H., Jeon, S.H., and Seong, R.H. (2008) BAF60a interacts with p53 to recruit the SWI/SNF chromatin remodeling complex. J. Biol. Chem. 283(18):11924-11934.

7. Sohn, D.H., Lee, K.Y., Lee, C., Oh, J., Chung, H., Jeon, S.H., Seong, R.H. (2007) SRG3 interacts directly with the major components of the SWI/SNF chromatin remodeling complex and protects them from proteasomal degradation. J. Biol. Chem. 282(14):10614-10624.