The cellular mechanism of differential recognition of a hapten ligand and its analogs by a T hybridoma

Abstract

한 종류의 T 세포는 그 세포 표면에 존재하는T 세포 수용체 (TCR)를 통해 항원제공세포에 존재하는 major histocompatibility complex (MHC) 와 함께 특정 항원에서 유래된 한 종류의 펩타이드 epitope을 인식한다. 이 경우 T 세포는 제공된 항원을 인식함에 있어 어느 정도의 유연성을 보이는 데, 이러한 현상은 아미노산 잔기를 변형시킨 펩타이드 항원에 대한 T 세포의 반응 연구를 통해서 밝혀졌다. 하지만 이러한 반응의 차이를 내는 정확한 메커니즘은 아직까지 밝혀져 있지않다. 본 연구에서는 특정한 항원인 N-hydroxysuccinimidyl-4-azidobenzoate (HSAB)를 인식하는 mouse T cell hybridoma (5D10.1B8)를 이용하여 이 hybridoma의 HSAB와 그 유도체들에 대한 반응성의 차이를 확인해 보았다. 그리고 그 반응성의 차이를 나타내는 메커니즘을 신호전달체계 수준에서 규명해 보았다. 먼저, 이 각각의 hapten 유도체에 의해 cytokine 생성 정도와 TCR down-regulation이 다르게 나타났다. 따라서 이러한 반응성의 차이를 나타내는 메커니즘을 규명하기 위해, 먼저 CD3z chain의 인산화 정도와 세포 내 칼슘 이온 농도의 변화와 같은 초기의 세포신호전달체계에 있어서 일어나는 변화들을 관찰하였다. 전체적으로 각각의 다른 유도체를 인식함으로써 반응의 kinetics에 차이가 나타났고 몇몇 hapten유도체들에 의해서는 특이한 CD3z chain의 인산화 패턴이 관찰되었다. Agonist인 HSAB에 의해서는 짧지만 빠르고 강한 신호가 유도되었으나, partial agonist인 HSAS에 의해서는 좀 더 느리고 오랫동안 지속되는 신호가 생성되었다. 반면에 나머지 다른 유도체에 의해서는 특이할 만한 신호가 T 세포 내로 전달되지 못하는 것으로 관찰되었다. 이 결과들로 추정해 볼 때 agonist가 아닌 유도체는 TCR에 대한 충분한 affinity를 가지지 못해서 full signal을 생성할 정도의 TCR clustering을 유도하지 못하는 것으로 생각된다. 결론적으로, 본 연구를 통해 T 세포가 hapten을 인식함에 있어서도 펩타이드 항원에서와 같이 그 구조의 미세한 차이를 인식할 수 있는 유연성을 가짐을 알 수 있었고, 그 차이를 나타내는 메커니즘이 세포 내 신호 생성의 kinetics의 차이에 의한 것으로 나타났다. ; It has been shown from many studies using altered peptide ligands that a T cell can recognize subtle changes in its ligands. Despite the extensive studies carried out by other investigators, the exact molecular mechanism behind this differential recognition has not yet been fully elucidated. Here, to an extension to this notion, the response of a hapten-specific mouse T cell hybridoma (5D10.1B8) to a specific hapten, N-hydroxysuccinimidyl-4-azidobenzoate (HSAB) and its analogs were analyzed. In addition, how variations in hapten structure and dose affect functional responses were also examined. The recognition of these haptens resulted in different levels of cytokine production and TCR down-regulation. Next, in order to study the mechanism underlying this differential recognition of these ligands, proximal signaling events, such as phosphorylation patterns of CD3□ chains and changes in intracellular Ca^2+ concentrations were further examined. Upon recognition of these different hapten ligands, changes in kinetics of effector responses, and distinct signaling patterns in CD3□ chains by some of the hapten analogs were observed. HSAB, an agonist, induced rapid and strong but short-lived signals, whereas by a partial agonist-like ligand, slow and prolonged signals were generated. By null agonists, on the other hand, no such significant generation of TCR-mediated signals was observed. These data suggest that partial agonists and null agonists do not seem to have enough affinity to TCRs to induce sufficient TCR clustering, which is observed from the confocal microscopic analyses, or to recruit down stream signaling molecules to generate full signals. In conclusion, the results from this study demonstrate that a T cell could differentially recognize structural differences in its haptenic antigens like in peptide antigens, and the mechanism behind this different recognition is very much likely to be related to the differences in kinetics of the signal generation, supporting a kinetic model of TCR signaling.