Identification of taste receptor T1R1/T1R3 as the terminal differentiation marker of human natural killer cells

Abstract

자연살해세포(NK cell)는 암세포와 바이러스에 감염된 세포에 대항하는 선천 면역 림프구이다. 그들은 퍼포린(perforin)이나 그랜자임(granzyme) 같은 세포독성 매개체들을 방출하거나 질병에 걸린 세포의 사멸 수용체 매개 세포 자연사(apoptosis)를 유도할 수 있다. T1R1과 T1R3의 소단위로 이루어진 T1R1/T1R3 미각 수용체는 원래 구강에서 발견됐던 G 단백질 연결 수용체이다. 하지만 최근에 점막 조직과 면역 세포들에서도 발견되고 있다. 많은 아미노산이 이 수용체를 활성화할 수 있지만, 글루탐산(L-glutamic acid)은 T1R1/T1R3 수용체의 주된 리간드이다. 비록 T1R1/T1R3는 사람 면역세포에서 거의 연구되지 않았지만, 최근 한 논문이 쥐 간 CD49a+CD49b- 자연살해세포에서 T1R1/T1R3가 항종양 반응을 촉진한다는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 사람 말초혈액에 존재하는 자연살해세포에서도 T1R1/T1R3가 우수한 세포독성 능력이 있을 것이라 가정하고 T1R1+ 세포와 T1R1- 세포 간 표현형 차이와 탈과립 정도의 차이가 있는지 확인하고자 하였다. 탈과립 현상은 처음에 T1R1과 음의 상관관계가 있는 것으로 보였다. 하지만, 탈과립 분석 시 공동 배양하는 K562 암 세포주와 자연살해세포가 상호작용을 하면 자연살해세포 표면에서 T1R1이 사라진다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 T1R1- 세포가 더 탈과립을 많이 하는 것은 K562와 공동배양시 자연살해세포 표면에서 T1R1이 사라짐으로 인한 것으로 세포독성과는 관련이 없음을 확인할 수 있었다. 또한 T1R1을 리간드인 글루탐산으로 자극해보았을 때도 자연살해세포의 활성화 마커 CD69가 상승하였지만, T1R1- 세포에서도 똑같이 상승함을 확인하였다. 그리고 본 연구에서는 CD16, KIR2DL2/L3, CD69, NKG2D, NKp30, TIGIT 수용체들의 표현형을 유세포 분석기를 통해 확인하고, T1R1+ 세포와 T1R1- 세포 간의 표현형 차이를 비교하였다. 그 결과, T1R1+ 세포에서 CD16와 KIR2DL2/L3를 높게 발현하고 T1R1- 세포에서는 CD16와 KIR2DL2/L3를 낮게 발현하는 것을 확인하였다. 또한 CD56brightCD16-에서 CD56dimCD16bright로 진행되는 자연살해세포의 분화단계에 따른 T1R1의 발현을 분석해본 결과, 분화단계에 비례하게 발현율이 높아지는 것을 확인하였다. 결과적으로, 자연살해세포에서 잘 연구되지 않았던 T1R1/T1R3 수용체를 자연살해세포의 최종 분화 마커로서 제시하고자 한다. 향후 응용 연구를 통해 T1R1/T1R3 수용체를 통해 자연살해세포의 분화 단계를 측정함으로써 바이러스에 감염된 환자나 암 환자 혈액 내의 자연살해세포 상황을 판단할 수 있을 것이고 이는 항바이러스 및 항암 치료에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.;Natural killer (NK) cells are innate immune lymphocytes that defend against cancerous cells or virus-infected cells. They can release cytotoxic mediators such as perforin and granzymes or induce death receptor-mediated apoptosis of diseased cells. The T1R1/T1R3 taste receptor, a heterodimer of two subunits T1R1 and T1R3, is a G-protein coupled receptor, which is initially found in the mouth. However, the receptor has recently been found in mucosal tissues and immune cells. Many L-amino acids can activate it, but L-glutamic acid is the primary ligand for the T1R1/T1R3 receptor. Although T1R1/T1R3 has rarely been studied in human immune cells, a recent report suggests that the taste receptor T1R1/T1R3 promotes tumoricidal activity in the murine hepatic CD49a+CD49b- NK cells. Therefore, I hypothesized that T1R1 could activate human NK cells and play a significant role in antiviral and antitumor immune responses. Experiments were conducted to determine the role and function of T1R1 in NK cells. All experiments were performed with peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) obtained from healthy adults. I began with the hypothesis that T1R1 could activate NK cells, so I thought that T1R1+ NK cells might degranulate more than T1R1- NK cells. I also expected that T1R1+ NK cells could produce more IFN-γ than T1R1- NK cells. However, in the degranulation assay, the expression of T1R1 was lower in the T1R1+ NK cells. Furthermore, IFN-γ was produced more in the T1R1- NK cells than in T1R1+ NK cells. The results showed that the higher degranulation was related to the lower expression of T1R1. To determine the function of T1R1 in NK cells, NK cells were treated with L-glutamic acid. The NK cell activation marker CD69 was increased when NK cells were stimulated with L-glutamic acid. But CD69 increased not only on T1R1+ NK cells but also on T1R1- NK cells. To investigate the correlation of T1R1 with other activating receptors on NK cells, the expression of CD16, KIR2DL2/L3, NKG2D, NKp30, and TIGIT were compared with T1R1 expression. CD16 expression and KIR2DL2/L3 expression were significantly higher in CD56dim NK cells, although CD16 expression was similar in T1R1+ NK cells and CD56dim NK cells. CD16 expression was similar in T1R1- NK cells and CD56bright NK cells. To investigate the specific phenotypes of NK cell subsets, NK cells were subdivided into five subsets according to the expression of CD56 and CD16. Except for the CD56brightCD16+ NK cell subset, the expression of T1R1 increased progressively. Terminally differentiated CD56dimCD16bright NK cells expressed higher T1R1 than CD56brightCD16- NK cells. In conclusion, I suggest that T1R1/T1R3 is a terminal differentiation marker of human NK cells. Although T1R1/T1R3 receptor did not directly affect the NK cell function, T1R1/T1R3 could represent the differentiation and maturation of NK cells. As a terminal differentiation marker, T1R1 may be helpful in interpreting the functional capacity of NK cells in cancer patients or virus-infected patients.