NK cell에서 NF-κB의 단계적 인산화와 조절을 통한 표적세포에 대한 항암면역반응조절

울산대학교 의과대학 김헌식 교수

Hyung-Joon Kwon, Go-Eun Choi, Sangryeol Ryu, Soon Jae Kwon, Sun Chang Kim, Claire Booth, Kim E. Nichols, Hun Sik Kim* (2016) Stepwise phosphorylation of p65 promotes NF-kB activation and NK cell responses during target cell recognition. Nature Communications 2016 May 25;7:11686 DOI: 10.1038/ncomms11686.

1. 연구배경

자연살해세포 (NK cell)는 세포살해활성을 특징으로 하는 선천림프구세포로 암세포를 인지하여 즉각적으로 제거할 수 있다. 또한 NK cell은 생체 내 암발생을 억제하는 최전방의 핵심면역세포로써 T세포, B세포의 항원특이적인 수용체 대신 다양한 특이성의 수용체를 세포표면에 발현하며 이들을 통해 암세포를 선택적으로 제거할 수 있다. 더불어 암세포의 발생, 전이를 억제하고 암의 재발에 중요한 암줄기세포 (cancer stem cell)을 제거할 수 있어 항암면역치료제 개발 측면에서 많은 장점을 가지고 있다.

현재 NK cell을 이용해 암을 치료하려는 다양한 임상연구들이 시도되고 있으며 유망한 결과들이 보고되고 있다. 또한 NK cell의 기능결함이 많은 종류의 암환자들에서 보고되었고 그 결함 정도가 임상예후와 밀접하게 연관됨이 밝혀지고 있다. 따라서 NK cell의 활성을 측정하여 암의 진단, 예후예측에 이용하려는 연구도 활발히 진행되고 있다. 하지만 이러한 중요성에도 불구하고 NK cell 고유의 활성화 특성 및 관련 기전이 규명되지 않아 NK cell을 활용한 암진단법과 치료법 개발에 많은 어려움을 겪고 있다.

NK cell은 세포표면의 다양한 활성화 (activating) 또는 활성억제 (inhibitory) 수용체를 통해 표적세포 (target cell)를 인식하고 이로써 유도되는 종합적인 신호전달 균형에 의해 그 활성이 조절 된다. 따라서 NK cell의 활성조절을 통한 항암치료법 개발을 위해서는 다양한 수용체의 조합에 의해 NK cell의 활성이 조절되는 기전을 이해하는 것이 필수적이다. 대표적으로 NK cell의 효과적인 활성화에는 여러 활성화 수용체 조합에 의한 표적세포 감지가 필수적임이 보고되었다. 실제로 B 세포 유래 항체에 표지된 표적세포의 살해 [antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC)]를 매개하는 CD16을 제외하고 다른 활성화 수용체들의 경우 특정 수용체의 조합을 통해서만 효과적으로 혈액 내 NK cell의 세포살해활성을 유도할 수 있다. 예로써, 2B4 수용체의 경우 NKG2D나 DNAM-1 수용체와의 조합을 통해서 NK cell의 시너지 활성화를 유도한다.

NK cell을 포함한 다양한 면역세포의 활성화에 가장 중요한 전사인자는 NF-κB이다. 다른 면역세포 수용체의 경우 비교적 NF-κB 활성화 기전이 잘 규명된 반면 NK cell 수용체의 경우 고유의 신호전달 특성을 가지기 때문에 NK cell 수용체들을 통한 NF-κB 활성화는 아직 잘 알려져 있지 않다. 더욱이 NK cell이 암세포를 제거할 때 다양한 수용체를 통한 활성화 신호의 통합이 필수적이므로 이러한 다양한 수용체 조합에 의한 NF-κB 활성화 기전이해는 NK cell 기반 항암치료법 개발에 매우 중요하다.

본 연구에서는, 중요한 항암수용체인 NKG2D, 2B4, DNAM-1 단독으로는 NF-κB 활성화에 충분치 않으며 2B4와 NKG2D 또는 DNAM-1의 상호보완적인 조합이 완전한 NF-kB 활성화에 필수적임을 규명하였다. 또한 NF-κB의 정교한 활성조절을 위해 Vav1과 NF-κB p65 subunit의 상호보완적이고 단계적인 인산화가 필요함을 규명하였다. 마지막으로 이러한 상호보완적인 신호통합에 의한 NF-κB 활성화의 중요성을 EBV 바이러스 감염과 B cell 림프종에 매우 취약한 환자 (XLP1) sample을 이용하여 규명하였다.

2. 연구결과

본 연구진은 NK cell이 암세포를 인지하여 활성화될 때 특정 면역수용체의 상호보완적인 조합(NKG2D+2B4)이 필요하며 이를 통해서 핵심전사인자 NF-κB의 시너지를 유도하여 효과적으로 활성화됨을 규명하였다 (그림 1).

그림 1. NKG2D와 2B4 수용체 조합을 통한 NF-κB 시너지 활성화. NKG2D, 2B4 수용체 단독으로는 NF-κB활성화에 불충분하며 이들의 조합에 의해 NF-κB 시너지 활성화가 유도됨을 (a, b) 신호단백질 인산화, (c) 세포 내 이동, (d) 세포분획, (e) NF-κB DNA 결합, (f) NF-κB reporter assay로 체계적으로 규명함.

또한 이러한 NF-κB의 활성화는 NK cell에서 항암활성에 필수적인 세포살해인자(Granzyme B)와 염증인자(IFN-γ)의 발현에 핵심적임을 규명하였다 (그림 2).

그림 2. NF-κB는 NKG2D+2B4 수용체 조합을 통한 항암면역반응에 필수적임. NF-κB는 다양한 항암면역인자 발현에 필수적이며 특히 대표적인 세포살해인자 granzyme B와 염증인자 IFN-γ 발현에 핵심적임을 (b) NF-κB p65 subunit 제거 후 (c) mRNA (realtime PCR) level과 (d, e) protein (ELISA) level로 확인함.

특히 주목할 점은 EBV 바이러스 감염과 악성 B 세포 림프종에 매우 취약한 XLP1 환자의 경우 상기 면역수용체의 조합에 의한 NF-κB와 NK cell의 암세포제거 활성에 심각한 결함이 있음을 규명하였다. 이를 통해 면역수용체의 조합에 의한 시너지 활성화 결함이 XLP1 환자의 NK cell이 해당 감염세포와 암세포를 제거하지 못하는 분자기전임을 규명하였다 (그림 3).

그림 3. XLP1 환자 NK cell의 경우 수용체 조합을 통한 시너지 활성화, NF-κB 활성화에 심각한 결함. 정상인 NK cell의 경우 수용체 조합(NKG2D+2B4)에 의해 세포살해활성과 NF-κB 활성화가 유도됨. 하지만 EBV 바이러스 감염과 악성 B 세포 림프종에 매우 취약한 XLP1 환자유래 NK cell의 경우 상기 수용체 조합에 의한 세포살해활성과 NF-κB 활성화에 심각한 결함이 관찰됨.

이를 통해 면역수용체 조합에 의한 NF-κB 시너지 활성화는 NK cell에서만 관찰되는 고유한 특징으로 다른 면역세포의 활성화 특성과 다름을 밝혀냈다 (그림 4).

그림 4. NK cell에서 면역수용체 조합에 의한 NF-κB 활성화 모식도. 정상 NK cell의 경우 특정 수용체 조합(NKG2D+2B4)에 의한 Vav1과 p65의 단계적인 인산화로 시너지 활성화를 유도하나 XLP1 NK cell의 경우 시너지 활성화에 심각한 결함이 있어 NF-κB 활성화와 암세포 제거가 불가능함을 나타낸 모식도.

3. 연구의 성과 및 의의

그동안 NK cell이 항암면역에 핵심적임이 알려졌음에도 불구하고 NK cell의 활성화 기전이 명확하지 않아 이를 새로운 치료제로 개발하는데 있어 큰 걸림돌이 되고 있었다. 이에 따라 기존의 NK cell기반 항암치료법은 활성억제 수용체에 의한 활성억제를 피하기 위해 동종 NK cell을 이용하거나 항체 등으로 활성억제 수용체를 차단하는 것이 대세였다. 하지만 NK cell의 항암활성 유도에는 활성화 수용체에 의한 활성화 신호전달이 필수적이다. 따라서 NK cell의 정확한 활성화 기전을 바탕으로 NK cell의 면역활성을 최적화한다면 다양한 암을 보다 효과적으로 치료할 수 있는 방법이 개발될 것으로 기대된다. 더불어 이를 통해 NK cell의 활성을 정확히 분석한다면 이를 통한 치료효과 예측 및 임상예후예측이 가능할 것으로 기대된다. 따라서 NK cell의 고유한 활성화 특성을 규명한 본 연구결과를 활용하여 NK cell의 활성화를 분석하고 나아가 항암활성을 최적화한다면 다양한 암을 보다 효과적으로 치료할 수 있는 방법이 개발될 것으로 기대된다.

참고문헌
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