The role of caspase-1 involved in autophagy activation in graft-versus-host disease model

Abstract

Graft-versus-host disease (GVHD) remains a major complication after allogeneic hematopoietic cell transplantation. Although donor-derived T cells recognize host alloantigens and induce detrimental acute GVHD, the mechanisms of the onset and progression of acute GVHD remain uncertain. In order to reveal the involvement of caspase-1 and autophagy activation in acute GVHD, pathogenesis-reduced intensity conditioning model (e.g., BU-CY conditioned mice) was used and compared the tissue damage and expression of autophagy-related genes. Recipient C57BL/6 and caspase-1 KO mice received busulfan (BU, 80 mg/kg) daily for 4 days, followed by cyclophosphamide (CY, 200 mg/kg) daily 2 days via intraperitoneal injection. Two days after, bone marrow cells and spleen cells were prepared from Balb/c mice and injected via tail vein to induce GVHD. After three weeks, histological GVHD score and the expression level of IL-1β and autophagy genes were evaluated in GVHD group of C57BL/6 mice compared with caspase-1 KO mice. The result showed that the GVHD score showed the difference between C57BL/6 and caspase-1 KO recipient mice. In addition, the expression level of LC3B and beclin-1 was decreased in caspase-1 KO mice. It implies that caspase-1 activation is protective in GVHD severity via autophagy pathway.;이식편대숙주병(graft versus host disease, GVHD)는 이식 전 처치로 손상 받은 간, 폐, 소화기관 및 피부 등의 표적장기로 이식편과 함께 T림프구가 이동하여 숙주에 착생되어 숙주에 대한 면역반응이 일어나 숙주의 조직을 파괴하는 동종 조혈모세포 이식이나 장기이식 후 약 15%정도에서 발생하는 생명을 위협하는 합병증이다. 이러한이식편대숙주병의 발생기전이나 질병의 진행에 대해서는 아직 잘 알려져 있지 않으나, 이식 전처치에 의한 조직의 손상이 염증반응을 유도하며, 염증소체의 활성화를 유도하여 그 결과 caspase-1의 활성화와 염증성 사이토카인의 증가가 동반되기도 한다. Caspase-1과 인터루킨-1(IL-1)에 의한 염증반응의 경로는 또한 세포의 자가포식기전이 동반되는 것으로 알려져 있어 본 연구에서는 마우스의 이식편대숙주병 모델을 사용하여 caspase-1 녹아웃 마우스에서의 이식편대숙주병의 진행정도를 C57BL/6 마우스와 비교하고, 마우스의 피부와 간 조직에서의 자가포식의 활성화를 나타내는 LC3B, beclin 1, Atg5등의 발현을 비교하였다. 그 결과 caspase-1 녹아웃 마우스에서 조직학적인 이식편대숙주편의 정도가 더 심했고, 자가포식관련 유전자 및 인터루킨-1의 발현은 C57BL/6 마우스에서 더 높았다. 따라서 이 실험을 통해 caspase-1의 활성화가 자가포식기전과 관계가 있으며, 이식편대숙주병에서의 조직손상을 억제한다는 결과를 얻었다.