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Identification of OASL1 and LGI3 as novel biomarkers and therapeutic targets for atherosclerosis

Title
Identification of OASL1 and LGI3 as novel biomarkers and therapeutic targets for atherosclerosis
Authors
김태경
Issue Date
2023
Department/Major
대학원 생명과학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
오구택
Abstract
다양한 면역 반응에 의해 병증이 심화되는 면역 질환은 발병에 관여하는 세포 타입 간의 상호작용과 엄격한 조절 작용에 의해 통제되어야 한다. 심혈관 질환은 전 세계적으로 사망률이 가장 높지만 다양한 치료 전략의 수립과 표적 발견에도 불구하고 효과적인 치료가 여전히 부족한 실정이다. 따라서 증상이 시작되기 전에 질병의 발병과 중증도를 확인할 수 있는 바이오마커를 개발하는 것이 근본적으로 중요하다. 이 연구에서는 동맥경화증과 같은 염증성 혈관 질환에서 새로운 바이오마커가 될 수 있는 두 가지 다른 단백질의 역할을 밝히고자 하였다. 2'-5'-oligoadenylate synthetase like 1 (OASL1)은 1형 인터페론 신호전달의 음성 조절자 역할을 하는 인터페론 매개 자극 유전자로 알려져 있다. OASL1은 급성 염증 상태에서 자극에 반응하여 주로 면역세포로부터 발현되는 반면, 최근 단일 세포 전사체 분석은 기저 수준에서부터 동맥 내피 세포에서 OASL1이 검출된다는 것을 보여주었다. 이를 바탕으로 이 논문에서는 OASL1이 동맥경화증 동안 내피세포 특이적 작용과 표적을 가진다는 가설을 세웠다. 결과적으로 마우스 OASL1 및 인간 OASL이 내피 기능장애에 대한 바이오마커로서 발현이 증가하며 동맥경화증의 진행과 관련이 있음을 확인했다. OASL1 및 OASL의 감소는 모두 NOS3의 전사체 수준에서 감소된 내피 산화질소 합성효소(eNOS) 발현을 통해 내피세포 및 동맥경화증의 전염증 활성화를 유도하고 기능장애를 악화시킨다. 특히 이는 NOS3 표적화 마이크로전사체, miR-584를 조절하여 NOS3 전사체의 안정성을 유지하는 OASL의 역할에 의해 매개되며, 이를 통해 결국 혈관 항상성을 보존하고 동맥경화증을 예방하는 역할을 수행하는 것으로 확인하였다. 또한, OASL1은 병변 표현형이 내피 OASL1에 대해 역효과를 나타내는 전염증성 대식세포에서도 발현된다. 요약하자면, 내피에서의 보호 기능이 더 강력한 효과를 가지지만, 활성화된 내피세포와 염증성 대식세포 모두 동맥경화 발병 조건에 노출되었을 때 OASL1을 발현하는 것을 통해 이를 동맥경화증에 대한 새로운 바이오마커로 사용할 수 있을 것으로 기대한다. Leucine-rich glioma inactivated 3 (LGI3)는 혈액으로 분비되어 보다 편리하게 검출될 수 있는 장점을 가진 강력한 바이오마커이다. LGI3의 주요 공급원은 백색 지방 조직으로 비만 마우스에서 발현이 상향 조절되어 전염증 반응을 악화시킨다고 알려져 있다. 비만과 고콜레스테롤혈증이 동맥경화증의 주요 원인이 될 수 있다는 것을 바탕으로 이 논문에서는 LGI3 단백질이 동맥경화 과정에서 분비가 증가하는 새로운 전염증성 아디포카인이라는 가설을 세웠다. 결과적으로 마우스 혈장 LGI3 수치와 동맥경화성 플라크 형성 사이의 양의 상관관계를 확인했으며, 이는 심혈관질환의 바이오마커가 될 수 있다는 가능성을 보여준다. 이에 따라 Lgi3의 결핍은 플라크 형성을 감소시키며 LGI3 길항제는 대사 표현형에 영향을 미치지 않으면서 병변 발달을 개선한다. 종합적으로, 혈장 LGI3 수준은 심혈관질환의 중증도를 진단할 수 있는 이용 가능한 마커가 될 수 있으며 그 길항제는 잠재적인 동맥경화증 치료제가 될 수 있을 것으로 기대한다.;Cardiovascular disease (CVD) has the highest mortality rate worldwide. Despite the establishment of various therapeutic strategies and target discoveries, effective treatment of CVD is still lacking. Therefore, it is fundamentally important to develop a biomarker that can verify the onset and severity of the disease before the start point of the symptoms. In this study, I elucidated the role of two different proteins that can be novel biomarkers in inflammatory vascular disease like atherosclerosis. First, 2′-5′-oligoadenylate synthetase like 1 (OASL1) is known as interferon stimulated gene which acts as negative regulator of type Ⅰ interferon signaling. OASL1 is expressed inducibly in immune cell type under acute inflammatory conditions while recent single cell RNA sequencing analysis confirmed that it is mainly detected in arterial endothelial cells (ECs) from basal level. Based on this, I hypothesized that OASL1 has EC-specific action and target during atherogenesis. Here, I identified that the expression of endothelial murine OASL1 and human OASL is associated with the progression of atherosclerosis, functioning as biomarker for EC dysfunction. Both OASL1 and OASL reduction aggravate pro-inflammatory activation and dysfunction of EC and atherosclerosis via decreased endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression from NOS3 mRNA levels. It is mediated by the role of OASL in regulating NOS3 targeting microRNA, miR-584 and maintaining NOS3 mRNA stability that preserves vascular homeostasis and prevent atherosclerosis. Moreover, OASL1 and OASL are expressed in proinflammatory macrophages which exhibit adverse effect with endothelial OASL1 regardingplaque progression. In summary, although its protective function in ECs has more powerful effect, both activated ECs and inflammatory macrophages expressing OASL/OASL1 can be a novel biomarker for atherogenesis, being exposed to athero-prone conditions. Leucine-rich glioma inactivated 3 (LGI3) is another potent biomarker which is secreted to blood stream to be detected more conveniently. The expression of LGI3 is up-regulated in obese mice, exacerbating pro-inflammatory responses and the main source is known to white adipose tissues. It is well-known that obesity and hypercholesteroleamia are major causes of atherogenesis, therefore I hypothesized that a pro-inflammatory LGI3 protein is a novel adipokine, secreted during atherogenesis. Here, I identified positive correlation between plasma LGI3 levels and atherosclerotic plaque formation, which shows potential to be biomarker for CVD. In line with this, Lgi3 deficiency decreases plaque formation while LGI3 antagonists ameliorate lesion development without affecting metabolic phenotypes. Collectively, plasma LGI3 levels can be a viable maker for CVD diagnosis and its antagonist will be potential therapeutics.
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일반대학원 > 생명과학과 > Theses_Ph.D
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