Characterization of signaling pathway of dimerized TCTP and identification of its functional domains

Abstract

알레르기성 염증은 알레르기성 천식, 알레르기성 비염 및 아토피성 피부염 등의 질병의 병태생리를 설명하는 중요한 기전으로, 알러젠 노출 후 몇 분 이내에 나타나는 급성기 반응과 8-12시간 후에 일어나는 후기 반응으로 나뉜다. 급성기 반응에서는 비만 세포에 의해 분비 된 히스타민이 중요하다고 알려져 있으며, 알러젠의 부재에도 후기 반응을 야기하는 요인으로 히스타민 분비 인자(HRF)가 제안되었다. HRF는 알러젠에 감작된 환자 피부의 물집, 비강 세척액에서 발견되었으며, 번역 조절 종양 단백질 (TCTP)과 같은 단백질임을 밝혀졌다. TCTP는 그 서열에 신호 펩티드가 없기 때문에 세포질 단백질로 간주되었다. 또한 성장, 세포주기 조절 및 발달과 같은 다양한 세포 내 기능이 보고되었지만 이는 히스타민 분비능을 설명하지는 못했다. 이후 연구에서 TCTP의 이량체화가 사이토카인 유사 활성에 중요하며 단량체 TCTP가 아닌 이량체 TCTP만이 HRF의 기능을 가지고 있음을 밝혀졌고, 이러한 사실에 비추어 이전에 수행된 HRF의 연구 결과는 재해석되어야 한다. 나는 본 연구에서 이량체 TCTP를 사용하여 HRF의 기능을 규명하고자 했다. 첫번째 파트에서, 이합체 TCTP (dTCTP)에 의해 유도 된 신호 전달 경로를 규명하고자 했다. 과거에 HRF의 신호 전달에 관한 연구가 있었지만 다음과 같은 점에서 한계를 지닌다. 1) 실험에 사용된 물질이 이량체 형태인지 불분명하다. 2) 사용한 세포는 인간의 혈액에서 분리한 호염기구로, 이들의 형질은 매우 다양하여 균일하지 못하므로 나타난 반응이 일반적인 현상임을 확신할 수 없다. 본 연구에서는 dTCTP 특이적 수용체를 발현하는 것으로 알려진 인간 기관지 상피 세포주인 BEAS-2B에서 이량체 TCTP가 IL-8 사이토카인을 분비하는 기전을 연구하였다. 본 연구 결과 dTCTP는 NF-κB 및 AP-1에 의한 전사 활성화를 통해 IL-8 분비를 유도하는 것으로 확인되었고, p38 MAPK는 IL-8 mRNA를 안정화 시킴으로써 IL-8의 전사 후 조절에 기여하는 것으로 나타났다. 그러나 단량체 TCTP는 그러한 신호를 유도하지 않았고, 이러한 사실은 단량체 TCTP와 이량체 TCTP 사이에 다른 작용 기전을 제안한다. TCTP의 이량체화가 지니는 중요성과 이의 임상적 의의에도 불구하고, 이량체 TCTP가 어떻게 기능을 발현하는지에 대한 이해가 부족하다. 두번째 파트에서는, TCTP의 특징적인 도메인의 기능을 분석하여 TCTP의 구조 중 유연성 루프, 헬릭스 2, C-말단 도메인이 이량체 TCTP의 기능에 중요함을 밝혔다. 새로 규명된 이량체 TCTP의 구조에 근거하여, TCTP의 유연성 루프 및 헬릭스 2 도메인은 수용체와 직접적 또는 간접적으로 상호 작용하고 C-말단 도메인은 TCTP가 이량체를 형성하는 부위로 이량체 TCTP의 기능을 억제할 수 있음을 제안하였다. 본 연구에서 규명한 이량체 TCTP의 기능성 도메인은 이량체 TCTP가 관련된 알레르기 질환에 있어 유망한 치료 표적이 될 수 있다.;Dimerized translationally controlled tumor protein (dTCTP) is found to be responsible for inducing cytokine release as histamine releasing factor (HRF), while monomeric TCTP (mTCTP) is reported to be involved in diverse cellular processes such as growth, development, and cell cycle regulation. There have been studies investigating the cytokine-like activity of HRF in human basophils, but these reports have limitations in the following points. 1) It is unclear whether the material used is a monomer or a dimer. 2) The repertoire of human basophil is too diverse to affirm the reaction is a common phenomenon. In order to elucidate the HRF activity without the limitations, I investigated the mechanism of dTCTP- induced IL-8 expression in BEAS-2B, human bronchial epithelial cell line, which is reported to be dTCTP-responsive cell line and also characterized the functional domains that are important for the HRF activity. This study revealed that dTCTP induces IL-8 secretion through transcriptional activation by NF-κB and AP-1. Furthermore, this work found out that p38 MAPK stabilizes IL-8 mRNA and contributes to the post-transcriptional regulation of IL-8. On the other hand, mTCTP did not induce such signaling, suggesting a different mechanism between mTCTP and dTCTP. In this respect, it can be inferred that there is a structural difference between the two proteins. Such hypothesis is also supported by the previous report that only dTCTP binds to BEAS-2B and Jurkat T cells but mTCTP cannot. Second part of the study is designed to identify functional domains for dTCTP to exhibit different behaviors from mTCTP. Analysis of the function of TCTP domains revealed that TCTP’s flexible loop, helix 2 and C-terminal domains are important for the function of dTCTP. Based on the X-ray crystal structure of dTCTP, it can be assumed that the flexible loop and helix 2 domains of TCTP might interact directly or indirectly with the putative receptor of dTCTP and that the C-terminal domain is important for TCTP to form dimers. These functional domains of dTCTP can be presented as promising therapeutic targets for allergic diseases associated with dTCTP.