T임파구가 바이러스 감염 세포를 죽이는 방법 규명...광주과학기술원 전창덕 교수팀 생명과학 한국연구재단 (2015-05-15 09:50) 국내 연구진이 독성 T-임파구를 바이러스 감염세포에 부착한 후 안정화시켜, 감염세포를 사멸하는 핵심 생체인자를 발견했다. 동 성과로 신종 인플루엔자, 조류독감 등 바이러스 퇴치와 암 정복 등 의학계에 새로운 연구의 흐름을 열 것으로 기대한다.  광주과학기술원 전창덕 교수(교신저자)와 나보라 박사과정생(제1저자)이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 기초연구사업(선도연구센터 및 중견연구자지원)과 광주과학기술원 바이오광학영상센터의 지원으로 수행되었으며, 이번 연구는 세포학 분야의 최고 권위 학술지인 저널  오브 셀 바이올로지(Journal of Cell Biology) 4월 13일자에 게재되었다. (논문명: TAGLN2 regulates T cell activation by stabilizing the actin cytoskeleton at the immunological synapse.) 바이러스가 우리 몸에 감염되었을 때 발생할 수 있는 질병으로는 흑사병, AIDS와 같은 사망에 이를 수 있는 질병부터 감기에 이르기까지 수도 없이 많다. 세포가 바이러스에 감염되었을 때 이를 재빠르게 감지하고 사멸하는 건강 지킴이 세포가 바로 독성 T-임파구이다.   * 독성 T-임파구(cytotoxic T cell) : 세포 독성 물질을 분비하여 바이러스 감염 세포, 암세포등을 전문적으로 죽일 수 있는 T-임파구독성 T-임파구는 면역 시냅스*라는 특수한 구조를 통하여 바이러스가 감염된 세포에 치명적인 독성 물질을 주입하여 죽이게 된다. 그러나 지금까지 이 면역 시냅스를 안정적으로 유지시키는 방법은 미제로 남아 있어 면역력 강화, 암 치료 등에 활용하기 어려웠다.  * 면역 시냅스(immunological synapse) : T-임파구가 바이러스가 감염된 세포와 만났을 때 두 세포의 결합 부위에 형성되는 구조사람이 근육과 뼈로 움직이듯, 독성 T-임파구는 세포골격 단백질인 액틴*으로 움직인다. 전창덕 교수팀은 T-임파구에서만 발현하며 액틴과 결합하여 임파구의 골격을 강화하는 TAGLN2 단백질을 발견함으로써, 최초로 면역 시냅스를 유지시키는 방법을 밝혀냈다.  * 액틴(actin) : 세포 내에 분포하여 내부골격을 이루는 단백질로 섬유상 구조를 가짐. 액틴의 변화로 세포의 모양 및 기능 변화, 세포의 이동 등을 유도함 동물 실험 결과 TAGLN2 단백질을 만드는 유전자를 제거한 쥐는 독성 T-임파구가 바이러스 감염세포를 인식하고도 죽이지 못했지만, 이 단백질이 많이 발현된 쥐는 독성 T-임파구가 바이러스 감염세포에 강하게 붙어 세포를 잘 죽이는 것을 밝혔다.전창덕 교수팀은 현재 TAGLN2 단백질 기능을 조절하는 펩타이드(peptide) 화합물을 개발 하고 있다. 이 물질은 바이러스에 대한 인체의 저항력 증가에 도움을 줄뿐 아니라, 이 물질로 암세포에 특이적인 독성 T-임파구를 직접 만들 경우 환자의 이식 거부반응 없이 암을 치료할 수 있을 것으로 전망한다. 전 교수는 “순수 국내연구진이 생체 면역반응의 기초가 되는 원천물질을 발굴하였다”는 데에 연구의 의의가 있으며, “외국의 이론, 물질에 기반 하지 않은 국내 원천기술을 통해 기술적 우위를 차지하고 향후 보건의료 산업 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연 구 결 과 개 요 1. 연구배경항원을 인식하고 바이러스 등에 감염된 세포나 암세포를 제거하는 적응면역반응에서 면역시냅스의 형성과 T 세포의 활성은 필수적인 기작이다. 이러한 기작의 조절에 있어 액틴 다이나믹스는 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 액틴 다이나믹스가 제대로 일어나지 않는 경우 면역기능의 저하가 나타나는 것은 액틴의 중요성을 알려주는 단적인 예이다. 따라서 액틴 다이나믹스의 조절은 T 세포 매개의 면역반응을 조절함에 있어 매우 필수적인 기작이라 하겠다.액틴 다이나믹스 조절의 이해를 위해 많은 연구자들이 다양한 액틴 결합단백질들의 기능을 밝혀내었다. 여러 액틴 결합단백질의 연구를 통해 액틴의 중합, 탈중합 반응과 같은 액틴 다이나믹스 조절 기작을 이해하고 나아가 세포 내 액틴 다이나믹스에 의해 유도되어지는 여러 현상들을 밝혀내었다. 이러한 연구를 토대로 면역계에서도 T 세포 활성 제어를 위한 액틴 다이나믹스를 조절하는 새로운 인자 발견의 필요성이 대두되었다. 2. 연구내용TAGLN 계통의 유사 단백질군에는 TAGLN1, 2, 3가 있으며, TAGLN1 과 3의 경우 액틴과 결합하는 단백질로 알려져 있었다. 따라서 면역세포에서도 TAGLN 단백질군의 발현을 확인해 본 결과 오직 TAGLN2의 발현만이 확인되었고, TAGLN2 역시 액틴과 결합하는 것을 밝혀내었다. 이를 바탕으로 TAGLN2의 액틴 다이나믹스 조절 기작과 면역시냅스의 형성 및 T 세포의 활성에 어떠한 역할을 하는지 알아보았다.TAGLN2는 액틴과 결합하여 액틴 탈중합 반응을 유도하는 코필린(cofilin)*의 기능을 억제하여 액틴의 안정화를 유도하였다. 이러한 액틴의 안정화는 면역시냅스가 만들어 질 때 항원표지세포와 만나는 부위로의 T 세포 내 액틴의 재배열을 증가시킴을 TAGLN2의 과발현 및 발현제거 시스템을 통해 규명하였다.* 코필린 :  액틴 필라멘트와 결합하여 선형의 액틴 필라멘트를 구형의 액틴 분자로 잘라주는 탈중합 반응을 유도하는 단백질 이러한 TAGLN2에 의한 액틴의 재배열 증가와 안정화는 항원표지세포와의 부착을 증가시키고 오랫동안 면역시냅스가 유지될 수 있도록 해주었는데, 그 이유는 액틴의 재배열이 세포부착에 관여하는 인테그린인 LFA-1의 활성을 유도하기 때문임을 알 수 있었다.이러한 현상들을 통해 TAGLN2의 발현 정도 변화가 T 세포의 활성에 영향을 주었으며, 나아가 세포 독성 T 세포가 표적세포를 제어하는데 있어 중요한 조절자로서의 역할을 나타냄을 밝혀내었다.3. 기대효과신규 액틴 조절 단백질 TAGLN2의 기능을 규명하였고, 이를 통해 액틴 다이나믹스의 학문적 이해에 기여할 수 있을 것이다. 또한 TAGLN2에 의한 세포 독성 T 세포의 활성 조절에 의한 바이러스 감염세포나 암세포의 제거능의 조절은 향후 바이러스 감염질환이나 암과 같은 질환의 제어에 있어 중요한 타겟 단백질이 될 수 있을 것으로 생각한다. 연 구 결 과 문 답 이번 성과 뭐가 다른가 면역시냅스 형성과 T 임파구의 활성을 조절하는 신규 액틴 결합단백질 TAGLN2의 기능을 처음으로 규명함 어디에 쓸 수 있나 향후 암, 바이러스 감염질환, 자가면역질환, 아토피, 천식과 간은 면역질환 제어의 타겟 단백질로서 사용할 수 있음 실용화까지 필요한 시간은 본 연구를 토대로 면역질환 제어와 관련된 후속 연구가 성공적으로 이루어진다면 실용화가 수 년 내에 이루어 질것으로 생각함 실용화를 위한 과제는 마우스 질병 모델을 이용하여 TAGLN2의 제어능을 규명하고, 이를 생체 내에서 적용하기 위한 다양한 제어 물질의 개발이 필요함 연구를 시작한 계기는 T 임파구 활성과 면역시냅스 형성에 관여하는 새로운 액틴 조절 단백질을 밝히기 위해 연구를 시작함 (그림 1) 면역시냅스의 구조 및 독성 T-임파구 활성 조절 기작오른쪽 그림은 독성 T-임파구와 바이러스 감염된 표적세포 또는 암세포가 만나 면역시냅스를 형성하고 있는 모습을 전자현미경으로 찍은 사진이다. 두 세포 간에 만나는 부위 (노란색 점선 box)를 자세히 들여다보면 표적세포의 MHC와 T 세포의 T 세포 수용체 (TCR)가 서로 결합하여 표적세포의 정보가 T 세포 내로 전달되면 이러한 정보(신호)를 통해 다양한 T 세포 내 단백질의 활성과 이동이 이루어진다. 그 중에서도 특히 액틴은 신호를 받게 되면 다이나믹하게 구조의 변화뿐만 아니라 표적세포와 만나는 부위로의 이동을 통해 다양한 단백질의 활성, 특히 세포 부착에 관여하는 인테그린 (LFA-1)의 활성을 유도하여 표적세포와의 부착 능을 조절하는데 필수적인 역할을 하게 된다. 이러한 일련의 과정을 통해 T 세포의 활성이 조절되고, 세포독성물질 분비능이 증가되어 결국은 표적세포의 사멸을 유도하게 된다, (그림 2) 면역시냅스 형성 시 신규단백질 TAGLN2의 위치 및 기능 A. 표적세포와 T 세포가 면역시냅스의 형성 시 T 세포 내 TAGLN2와 액틴의 위치를 공초점 현미경을 이용하여 이미징하였다. T 세포 내 TAGLN2(초록색)와 액틴(빨간색)으로 표시하였고, 표적세포 특이적으로 가지고 있는 단백질인 ICAM-1을 이용하여 T 세포와 표적세포를 구별해 내었다. 면역시냅스가 형성되었을 때 T 세포 내 액틴은 표적세포와 만나는 부위로 이동하게 되는데 (빨간색), TAGLN2 역시 액틴결합단백질로서 액틴과 같은 부위로 이동함을 볼 수 있다 (초록색; 빨간색 부위와 초록색 부위가 서로 함께 위치하게 되면 노란색으로 표시됨). T 세포 측면에서 표적세포와 만나는 부위를 회전하여 보면 액틴과 TAGLN2가 바깥쪽에 반지모양으로 함께 위치함을 알 수 있다.B. 그렇다면 액틴결합단백질인 TAGLN2가 면역시냅스 형성 시 액틴다이나믹스 조절에 어떠한 역할을 주는지 알아보고자 T 세포 내 TAGLN2를 제거한 결과 정상 대조군과 비교해 보았을 때 액틴의 표적세포와의 만나는 부위로의 이동이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 TAGLN2가 면역시냅스 형성 시 액틴의 조절에 영향을 주는 중요한 단백질임을 알 수 있다. (T 세포 내 액틴 : 빨간색, 표적세포 : 파란색) (그림 3) TAGLN2 제거 독성 T-임파구의 활성 억제1) T 세포가 표적세포와 만나 면역시냅스를 형성하게 되면 표적세포로부터 오는 신호가 T 세포의 활성을 유도하여 IFN-γ, IL-2와 같은 활성 사이토카인을 분비한다. 하지만 TAGLN2가 제거된 마우스에서 분리한 세포 독성 T 세포의 경우 정상마우스에서 분리한 T 세포와 비교하였을 때 활성 사이토카인의 분비가 감소되어 있음을 알 수 있다. 2) 또한 TAGLN2에 의한 액틴 다이나믹스 조절능이 TAGLN2가 제거되면 사라지게 되어 세포부착인자인 인테그린의 활성이 감소되어 표적세포와의 부착능이 감소하였다.3,4) TAGLN2 제거로 인한 액틴 다이나믹스의 감소로 독성 T-임파구의 활성이 줄어들면 세포독성 물질의 분비능이 감소되어지고, 나아가 세포독성정도가 감소하게 되어 표적세포 제거 정도 (사멸능) 또한 감소되게 된다.   http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=259753&ksr=1&FindText=면역세포