연구소개
본 연구실에서는 체외로부터의 병원체 침입으로 발생하는 염증반응과 다양한 원인에 의한 조직손상에 대해 집중적으로 연구하고 있습니다 특히, 병원성 미생물에서 유래하는 PAMP(병원체 연관 분자 패턴)와 자가 조직에서 유래하는 신호 분자인 DAMP(손상 연관 분자 패턴)가 생체 내에서 유발하는 염증 반응의 역할에 관심을 갖고 연구를 진행해 왔습니다그림 1현재 대표적인 DAMP 분자로 간주되는 요소를 나열합니다 이 중 원래 유전자 전사 조절, 염색질 구조 유지, DNA 복구 등 핵 기능에 특화된 기능을 갖고 있다고 생각됐던 핵 염색질 결합 단백질인 HMGB1(High Mobility Group Box-1)이 플래시 슬롯 머신 게임 밖으로 방출되면 사이토카인 유사 효과를 발휘하는 것으로 밝혀져 큰 주목을 받고 있다 우리 연구실에서는 아래 그림 1~7과 같이 HMGB1에 대한 연구가 진행되고 있다
또한, HMGB1과 결합하여 패혈증 병리에서 혈중 농도가 크게 감소하는 혈장 단백질인 히스티딘이 풍부한 당단백질(HRG)을 규명하고 혈액 플래시 슬롯 머신 게임 및 혈관 내피 플래시 슬롯 머신 게임의 항상성 유지에 중요한 역할을 분석하는 동시에 임상 시험 방법 개발 및 생물학적 약물로서의 임상 적용을 위한 지속적인 연구를 진행하고 있습니다 HRG와 관련하여 언론에 발표된 연구 내용은 위의 여러 패널에 요약되어 있습니다
뇌 허혈에서 HMGB1의 역학 및 허혈성 뇌 손상에 대한 항-HMGB1 항체의 효과
수컷 Wistar 쥐를 대상으로 2시간 중대뇌동맥 폐색/재관류 모델을 이용하여 투과전자현미경을 이용하여 허혈 후 혈액뇌장벽(혈관내피플래시 슬롯 머신 게임, 플래시 슬롯 머신 게임내 소기관, 성상교플래시 슬롯 머신 게임의 말단발, 기저막 구조의 긴밀한 접합부)을 관찰하였다 성상교플래시 슬롯 머신 게임의 말단 발 부종을 정량화하여 장벽 구조 붕괴의 지표로 사용했습니다 항-HMGB1 항체 또는 항열쇠구멍 림펫 헤모시아닌재관류 직후 항체(대조항체)를 정맥주사하여 혈액뇌관문 파괴에 대한 항체 효과를 비교하였습니다 뇌부종에 대한 T2 강조 MRI 분석은 재관류 3시간 후부터 측정을 시작하여 6, 12, 24시간, 7일에 MRI 측정을 실시하였다 기능성 증가된 뇌 혈관 투과성은 에반스 블루를 꼬리 정맥을 통해 정맥 주사하고 에반스 블루/알부민 복합체가 뇌로 누출되는 정도를 측정하여 평가했습니다 Aquaporin 4 발현은 면역조직화학적으로 결정되었습니다 대뇌 허혈 후 뉴런에서 HMGB1의 전위는 이중 면역형광 염색 및 면역전자현미경을 사용하여 분석되었습니다 그 결과, 신경핵에 있는 HMGB1이 플래시 슬롯 머신 게임질로 빠져나간 후 플래시 슬롯 머신 게임내 소기관인 미토콘드리아와 페록시솜에 위치하는 것을 알 수 있었다(그림 2) 이 발견은 이러한 플래시 슬롯 머신 게임내 소기관으로 전달된 HMGB1이 저산소 스트레스 하에서 뉴런의 대사 조절에 관여할 수 있음을 시사합니다 이러한 플래시 슬롯 머신 게임 내 소기관은 신경 플래시 슬롯 머신 게임에서 방출되는 과정에 관여하는 것으로 제안되었습니다 뇌척수액과 혈장에서 HMGB1 수준의 시간에 따른 증가가 관찰되었습니다 뇌 뉴런에서 유래된 HMGB1이 이러한 체액 공간에 분산적으로 도달할 수 있다고 제안되었습니다
쥐 MCAO2h/재관류 모델에서 항-HMGB1 항체의 말초 투여는 뇌경색 형성을 유의하게 억제하는 것으로 밝혀졌습니다(그림 3) 뇌허혈 후 뇌혈관 투과성이 증가하는 기전에 혈액뇌관문의 구조적 파괴가 관여하는 것으로 밝혀졌다 즉, 투과전자현미경을 이용하여 관찰한 결과, 재관류 3시간 후 성상아교돌기의 현저한 부종, 혈관기저막으로부터의 플래시 슬롯 머신 게임막 해리, 혈관내피플래시 슬롯 머신 게임의 형태학적 변화가 관찰되었다 재관류 후 3~6시간 후에 뇌혈관 투과도를 측정한 결과, 현저히 증가한 것으로 나타났다 따라서, 허혈의 초기 단계에서 혈액-뇌 장벽의 투과성 증가 및 구조적 파괴가 발생한다는 것이 밝혀졌습니다
쥐 대뇌 혈관 내피 플래시 슬롯 머신 게임, 혈관주위플래시 슬롯 머신 게임 및 성상교플래시 슬롯 머신 게임로 구성된 시험관 내 BBB 시스템을 사용하여 시험관 내 BBB 시스템에 대한 재조합 HMGB1 및 항-HMGB1 항체의 직접적인 효과를 기능적 및 형태학적으로 평가했습니다 그 결과, 재조합 HMGB1은 농도 의존적으로 혈관 내피 플래시 슬롯 머신 게임와 혈관 주위 플래시 슬롯 머신 게임층의 전기 저항을 감소시키고 알부민 누출을 촉진시켰다 항-HMGB1 항체를 사용한 전처리는 재조합 인간 HMGB1의 활성을 억제했습니다 세 가지 유형의 플래시 슬롯 머신 게임층 중 혈관내피플래시 슬롯 머신 게임층과 혈관주위플래시 슬롯 머신 게임층에서는 재조합 HMGB1 첨가로 인해 수축성 형태학적 변화가 관찰되었으나, 성상교플래시 슬롯 머신 게임층에서는 큰 변화가 관찰되지 않았다 이상의 결과로부터 HMGB1은 혈관내피플래시 슬롯 머신 게임와 혈관주위플래시 슬롯 머신 게임에 직접적으로 작용하여 수축성 변화를 유도하여 혈관투과성을 증가시키는 것으로 추측된다
MCAO 모델에서 에반스 블루 누출을 억제하는 것으로 나타난 항-HMGB1 항체의 효과는 T2 강조 MRI 영상에서도 확인됐다 허혈-재관류 후 3, 6, 24시간에 걸쳐 촬영한 T2 강조 MRI 영상에서는 3시간 이후부터 이미 고밀도 뇌부종 부위가 나타나 24시간까지 계속 확장되는 것으로 나타났다 항-HMGB1 항체 투여는 뇌부종 형성을 현저하게 억제했습니다
위에서 언급한 항-HMGB1 항체에 의한 뇌부종 억제 및 BBB 구조 유지는 소교플래시 슬롯 머신 게임 활성화 억제를 동반하며, 광범위한 신경플래시 슬롯 머신 게임가 살아있게 유지되었다 이에 맞춰 운동마비의 신경학적 증상도 획기적으로 개선됐다 항-HMGB1 항체에 대한 효과적인 치료 기간을 조사한 결과, 증상 발생 후 최대 4시간까지 치료가 효과적인 것으로 나타났습니다 위의 결과를 종합하여, 우리는 항-HMGB1 항체 투여가 BBB 구조와 기능을 유지하고 뇌내 염증을 억제함으로써 뇌경색을 감소시킬 수 있다는 결론을 내렸습니다그림 4、그림 5）。
외상성 뇌 손상에 대한 항-HMGB1 항체의 효과
뇌허혈성 손상 외에도 외상성 뇌 손상은 손상된 부위에 뇌부종을 유발합니다 뇌부종 형성의 기전은 허혈성 뇌와 유사하게 BBB 파괴로 인한 뇌혈관 투과성의 증가로 볼 수 있다 즉, 뇌허혈과 뇌외상은 손상의 주요 원인이 다르지만 손상의 급성기 동안 뇌부종의 형성에는 상당한 유사성이 있을 수 있다고 본다 따라서 우리는 먼저 쥐의 체액 타악기 손상 모델을 사용하여 손상 유도 후 HMGB1 전좌를 조사했습니다 놀랍게도 뇌 외상 부위의 신경 HMGB1 전위는 뇌 허혈 부위의 전위와 구별할 수 없었습니다 전자현미경으로 관찰한 BBB의 형태학적 변화도 유사했습니다 더욱이, 항-HMGB1 항체의 투여는 허혈성 손상과 유사하게 이러한 변화를 극적으로 억제했습니다 실시간 MRI T2 강조 영상을 촬영하여 뇌부종 부위를 확인하였고, MRI에서도 항체의 우수한 효과를 확인하였습니다(그림 6) 뇌 부종의 개선과 병행하여 Rotarod 및 앞다리와 벽의 접촉 측면 평가를 통해 운동 기능의 현저한 개선이 나타났습니다
RAGE와 Toll-like 수용체-4/2는 HMGB1의 수용체로 존재하는 것으로 알려져 있습니다 RAGE 및 Toll 유사 수용체-4 녹아웃 마우스를 사용하여 뇌부종 형성에 관여하는 수용체를 조사한 결과 RAGE 녹아웃 마우스에서 항-HMGB1 항체의 효과가 사라진다는 사실을 발견했습니다 이 실험 결과로부터, 방출된 HMGB1이 작용하여 BBB 파괴를 유도하는데 관여하는 수용체는 주로 RAGE임을 유추하였다 뇌허혈 및 뇌외상에 흔히 나타나는 BBB 장애의 개념도그림 4、그림 7에 표시됨
동맥경화증에 대한 항-HMGB1 항체의 효과
죽상동맥경화증 모델은 ApoE 녹아웃 마우스에게 고지방식을 공급하여 만들 수 있습니다 이 동맥경화증 모델에서는 죽상동맥경화증 부위에서 강력한 HMGB1 양성 단핵구와 대식플래시 슬롯 머신 게임의 축적이 관찰됩니다 항-HMGB1 항체의 만성 투여는 혈관의 내피하를 침범하는 단핵구 및 대식플래시 슬롯 머신 게임의 수를 현저하게 감소시킬 뿐만 아니라 죽상동맥경화성 병변을 축소시키고 염증성 사이토카인의 발현을 감소시킵니다(Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2011) 이는 죽상동맥경화증에서 국소적으로 생성된 HMGB1이 죽상경화증 병변의 확장에 역할을 할 수 있으며, 항-HMGB1 항체 치료가 혈관벽의 만성 염증인 죽상동맥경화증을 억제할 수 있음을 강력히 시사합니다
신경병증성 통증에 대한 항-HMGB1 항체의 효과
쥐의 부분 좌골 신경 결찰(PSNL)을 사용하여 신경병성 통증 모델을 만들었습니다 과민성 통증의 유지기에 진입한 7일 이후에는 척수 후각에서 HMGB1의 증가가 관찰되었으며, 이러한 증가는 주로 2차 감각 신경에서 일어나는 것으로 생각되었다 척수의 등쪽뿔에서는 2차 감각 신경 주위에 활성화된 소교플래시 슬롯 머신 게임의 축적이 관찰되었습니다 이러한 모든 변화는 항-HMGB1 항체의 급성 투여에 의해 억제되었습니다(PLOS ONE, 2013) 따라서 PSNL 신경병증성 통증 모델에서는 통증 과민증의 유지 단계 동안 척수 후각 2차 감각 신경에서 지속적인 HMGB1 생산 및 방출이 발생하며, 이는 이것이 국소 소교플래시 슬롯 머신 게임 활성화에 기여할 수 있음을 강력히 시사합니다 우리는 또한 위에서 설명한 신경병성 통증 모델 이외의 모델을 사용하여 만성 통증에 대한 항-HMGB1 항체 치료법의 가능성을 조사하고 있습니다
새로운 DAMP 분자 및 DAMP 결합 인자의 검색 및 식별
기존 연구에서는 대표적인 DAMP인 HMGB1이 매우 우수한 치료 표적이라는 것이 밝혀졌기 때문에, 새로운 DAMP와 동일한 그룹에 속하는 DAMP 결합 인자를 식별하는 것이 새로운 약물 표적을 찾는 방법론이 될 것이라고 생각했습니다 이러한 아이디어를 바탕으로 우리는 단백질 결합 배열과 그로부터 얻은 정보를 처리하여 여러 후보 분자의 기능 분석을 진행하고 있습니다