(0) 면역반응에 관련한 NFkB 활성화의 일반적 기전
그람 음성 세균의 LPS는 TNF알파 같은 cytokine의 과량 분비로 인한 septic shock을 유발한다. 예를 들어 salmonella typhi의 감염자들은 TLR-4(toll like receptor-4)와 TLR-5를 활성화시켜 전신에서 TNF알파를 생성시킨다. (TLR은 세포막이나 endosome에 위치하며 macrophage의 CD14와 추가적 세포단백인 MD-2와 함께 작용하여 LPS를 인식하여 신호를 전달한다.) 그런데, TLR4혼자서는 LPS를 인식할 수 없다. CD14와 MD-2의 두 세표 표면 단백이 필요하다. 이 기전은 macrophage의 CD14와 LPS의 결합이 이뤄져 CD14:LPS의 복합체가 MD-2의 결합으로 인하여 세포 표면으로 이동한 TLR과 결합하여(즉 CD14:LPS + TLR-4:MD-4의 결합) 핵에 NFkB를 활성화시키는 신호를 보낸다.(면역학 교과서 fig2.19 참조)
이후 Fyn, Lck, ZAP-70등이 관여하는(fig 6.18참조) 복잡한 신호 전달을 거쳐 cell 표면에서 PLC감마pathway가 활성화된다. 이 PLC pathway는 NFkB와 NFAT, AP-1의 활성화를 유도하는데 특히 NFkB에서는 DAG가 관여하여 골격단백질 CARMA1을 인산화시키고 BCL 10, MALT1과 결합시켜 결국 IKK complex를 활성화시킨다. 그 중에서도 NEMO가 IkB를 인산화시키고 분해시킨다.(NEMO가 없으면 면역 결핍증이 유발.) (fig6-22참조)
이들 염증 pathway의 중요한 기능은 IL-2의 증식을 자극한다는 것이다. IL-2의 promoter에는 여러 조절 요인이 있는데 이 pathway의 결과로써 AP-1과 NFAT, NFkB가 모두 결합할 때 비로소 적절한 IL-2유전자의 expression이 일어나게 된다. (fig. 6-23 참조)
그런데, 장내 편리공생 세균의 경우는 염증반응을 일으키지 않는다. 이 경우의 세균들은 이 경로를 억제한다고 알려져 있는데 이것은 핵으로부터 NFkB를 방출하도록 하는 PPAR감마의 활성화에 의하거나 혹은 IkB가 분해되지 않도록 차단하여 NFkB가 nucleus로 이동하지 않고 cytoplasm에 머물도록 하는 것이다.
(1) NFkB and oncogenesis
-T-cell lymphoma, chronic lymphocyte leukemia, myeloma, B-cell lymphoma 등에서 p52/100을encode하는 NFkB2 gene의 mutation이 발견되었다.
-B-cell lymphoma에서는 IkB family를 encode하는 Bcl-3dl translocate되거나 overexpression된 것이 발견되었다.
-gene 뿐만이 아니라 NFkB의 target들이 oncogenic한 phenotype을 promote하는 경향이 있음이 밝혀 졌다.(예를 들어 B-cell lymphoma는 growth와 survival을 위하여 NFkB의 활성화가 필수적이며 NFkB가 inhibit되면 lymphoma는 block되는 것이 동일 케이스에서 발견되었다.)
-cancer와 관련된 NFkB dependent gene에는 cytokine과 chemokine, cyclinD1, matrix metalloproteinase, antiapoptototic protin을 encoding하는 gene들이 포함된다.
(2)NFkB and cancer-associated mechanism
-hallmark of cancer라 알려진 특징들은 여러 경로를 통하여 모두 NFkB에 의하여 영향을 받는다.
a.growth and proliferation
-growth를 자극하는 common한 pathway는 두가지 정도가 있다.
-1.첫번째로 epithelial cancer에서의 EGF-R family(EGF receptor or HER-2/ErbB2 receptor)의 upregulation이다. 추가적으로 PDGF와 TGF알파가 주로 발현되고 proliferation이 autocrine한 방법으로 promote된다. 또한 paracrine한 방법으로 cancer associated stromal cell이나 recruited inflammatory cell에 의하여도 proliferation이 stimulate된다.
-2.두번째로 cell proliferation을 regulation하는 protein의 mutation 메커니즘이다. Cellular RAS allele의 mutation은 cell growth와 survival에 관련된 PI3K/Akt와 RalGDS 같은 signal transduction pathway를 자극한다. 추가적으로 cancer cell growth에 관여하는 베타 catenin같은 transcription factor의 activating mutation이다. 이 베타catenin은 cyclin D1이나 c-myc같은 proliferation을 자극하는 gene의 발현을 control한다.
- NFkB는 specific한 target gene의 regulation을 통하여 cellular proliferation을 promote한다.
-예를 들어 NFkB는 cyclin D1 promoter와 결합하여 Rb의 hyperphosphorylation을 promote한다. 추가적으로 IkB homolog Bcl-3와 p52 homodimer가 cyclin D1 gene을 transactivate시킨다는 것이 발견되었다. 더 나아가 IKK알파는 베타catenin 인산화를 통하여 promoter 의 T-cell factor site 를 통하여 cyclin D1 transcription에 역할을 하는 것으로 알려졌다.
-이것을 뒷받침하는 사례로 karin은 mammary gland의 development 중에 RANK signaling과 cyclin D1 expression을 위해서는 IKK알파가 필요함을 밝혀내었다.
-이런 보고들과 관련하여 mouse xenograft model에서 NFkB가 inhibit되는 경우 tumor growth가 줄어드는 것이 관찰되었다.
b.apoptosis evasion
-NFkB에 의하여 regulate되는 Bcl-2나 Bcl-xL같은 antiapoptotic factor들이 cancer에서 주로 발현된다.
-NFkB와 apoptosis의 강력한 연관을 참조하였을 때 NFkB가 oncogenesis에서 antiapoptotic mechanism을 control한다는 것은 자명하다.
-마우스의 immortalized fibroblast에서, H-RasV12의 발현이 IkB의 degradation resistance form을발현시켜서 cellular transformation과 NFkB의 inhibition을 유발하여 고level의 apoptosis를 가능하게 한다고 밝혀졌다.
-이 마우스 실험은 Ras induced oncogenesis에서 NFkB가 prosurvival한 function을 한다는 것을 의미한다.
-그런 맥락에서 NFkB의 inhibition -> apoptotic cell death 추론가능하다.
-예를 들어 이것은 Hodgkin/Reed-sternberg cell의 survival과 proliferation이 IkB알파의 발현을 통하여 NFkB를 inhibit한 경우 block되었다. 이 cell에서 NFkB의 inhibition은 또한 antiapoptotic effectors(A1/Bfl-1, cellular-inhibitor of apoptosis2(c-IAP2), TNF associated factor1, Bcl-xL)를 억제했다.
-또다른 NFkB의 cell death를 block하는 메커니즘은 c-Jun NH2-terminal kinase(JNK) activation과 ROS의 생성이다.
c. angiogenesis, invasion and metastasis
-angiogenesis는 invasion과 metastasis에 관련된 역할을 한다.
-또한 invasion과 metastasis 에는 adhesion molecules, integrin, MMP-2, MMP-9 같은 것들의 expression이 필요하다.
-cancer의 progression에 가장 중요한 메커니즘으로는 epithelial to mesenchymal transition이 있다. 이것은 분화된 epithelial phenotype이 apical에서 basolateral 영역까지 polarity를 띄는 반면 많은 cancer에서는 metastatic한 phenotype으로의 progression과 더불어 이 phenotype의 alteration이 일어난다.
-NFkB가 이 메커니즘에서 역할을 한다. NFkB는 VEGF와 MMPs의 regulation을 통하여 특정한 tumor model에서 angiogenesis와 metastasis를 promote하는 것으로 밝혀졌다. 관련해서 NFkB에 대한 IkB의알파의 super repressor form의 expression을 이용한 억제가 melanoma와 ovarian cancer cell에서 VEGF, IL-8의 발현 감소와 tumor xenograft에서의 growth, angiogenesis, metastasis를 block하는 것으로 밝혀졌다.
-게다가 폐에서 IkB베타의 과발현을 통한 NFkB의 inhibition은 metastasis를 억제하는 것으로 알려져있다.
-이런 연구들은 종종 NFkB의 억제가 tumor growth를 막는다고 밝히지만, NFkB가 직접적으로 angiogenesis와 metastasis를 control하는 것인지 증명하는 것은 사실 매우 어렵다.
-결과적으로 NFkB는, 정확한 기전은 분명하지 않지만 epithelial-mesenchymal transition을 매개한다는 것은 밝혀졌다.
(3)NFkB in the tumor micro-enviorment
-NFkB는 tumor associated cell에서 oncogenic affect를 일으키는 기능을 일으킨다.
-colorectal cancer의 carcinogen/inflammation model myeloid cell에서 IKK베타 제거법을 활용하여 NFkB가 invading myeloid cell에서 cytokine을 분비시키고 tumor growth를 촉진시킨다는 것을 알아냈다.
-또다른 연구에서 NFkB는 stromal fibroblast와 pancreatic neoplastic cell에서 IL-1/NO paracrine growth loop를 매개한다고 밝혀졌다.
(1). ‘도입’
NFkB는 1986년 최초 발견 당시 kappa variety of the immunoglobin light chain을 regulate하는 factor로서 describe되었다. 그후 NFkB는 inflammatory responses, cellular growth, apoptosis, cancer, arthritis, asthma 또한 기타 등등에서도 active한 role을 하는 것으로 알려졌다.
(2). “NFkB family”의 구성
“NFkB family”는 두개의 subfamily로 나뉜다. - “NFkB” 단백질과 “Rel”단백질이다.
이 단백질들은 모두 Rel homology domain(RHD)을 공유한다.
a.Rel subfamily에 대하여
-“Rel” subfamily는 c-rel, RelB RelA(p65), dorsophilia dorsal, dif를 포함한다.
-Rel protein들은 C말단 부위에 transactivation domain을 포함하고 있는데 이것들은 주로 종간에서는 conseve하지 않은 것으로 알려져 있다. (여러 종들의 전사과정을 활성화시킬 수 있는 능력이 있다. yeast도 포함.)
b.NFkB subfamily에 대하여
-“NFkB” subfamily(p105, p100, dorsophilia relish)는 이들 단백질을 inhibit하는, ankyrin repeat의 multiple copy들을 포함하는 long C termibnal domail들에 의하여 구분된다.
-NFkB 프로테인은 DNA binding domain이 활성화 됨에 따라 짧아진다. 이것은 proteolysis나 때때로는 translation의 중단에 의한다.
(3) NFkB의 ‘transcription activation’
-일반적으로 “NFkB” subfamily의 구성물들은 “Rel” subfamily들과 dimer를 형성해야지만 전사과정의 activator가 될 수 있다.
-NFkB transcription factor dimer는 보통 kB site라고 불리우는 9-10의 bp로 이뤄진, 매우 큰 다양성을 가진 DNA site에 붙는다.
-모든 척추동물의 NFkB family protien은 in vivio에서 homodimer나 heterodimer를 형성한다.(Rel B는 hetero만 형성가능) 이 combination의 다양성은 regulation에 있어서 distinct하다.
그 이유는
1. 각 dimer들은 관련된 kB site에 대한 명확한 DNA binding site specificity를 가지고 있다.
2. Target domain에서 각가 다른 protein-protein interaction을 일으킨다.
3.specific한 physiological 조건하에서 다른 dimer들의 gene activation profile 때문이다.
(4) regulation of NFkB
-NFkB의 activity는 inhibitory IkB protien들에 의하여 tight하게 regulate된다.
-IkB protien들은 NFkB에 따라 몇가지가 있는데 그것들은 각각의 NFkB dimer에 대하여 상이한 affinity를 가지고 있다.
-IkB는 또한 phosphorylation과 proteolysis에 의하여 약간씩 다르게 regulate되며 그것들의 tissue specific expression pattern에 따라 차이를 보인다.
-생화학적 연구와 structure determinations에 의하여 IkB가 NFkB와 multiple한 contact을 한다는 것이 명확해졌다.
-그리고 이런 contact를 통한 interaction들은 주어진 NFkB의 nuclear localization signal을 하며 DNA binding시 sequence를 interfere하는 것으로 알려져 있다.
(5) activation pathway of NFkB
-일반적으로 대부분의 세포에서 NFkB는 latent(숨어있는)하거나 혹은 inactive한 상태로 IkB complex상태로 cytoplasm에 존재한다.
-NFkB의 activation에는 두 가지(혹은 세 가지일 가능성도 있다.) pathway들이 관여한다.
-두개의 가장 잘 알려진 pathway는 canonical(classic)과 non-canonical pathway(alternative)다. (canonical은 그리스어의 갈대나 rule에서 기원하는 단어인데 현재는 교회에서 정전이나 전례에 따르는, 이라는 뜻으로 사용된다.)
-canonical과 non-canonical pathway 모두에서 upstream한 regulation step은 IkB kinase(IKK)의 activation이다. 그리고 이 IKK들은 ‘catalytic kinase subunit’( IKK알파, IKK베타)과 ‘NFkB Essential MOdulator(NEMO)’ 라는 scaffold, sensing protein으로 구성되어 있다.
-즉, NFkB dimer의 activation은 IKK mediated의 IkB inhibitor에 대한 phophorylation induced degradation에 의하여 유발되는 것이다. 이 activation이후 NFkB dimer는 nucleus내로 들어가고 specific한 target gene을 expression시킨다.
-대부분의 경우 NFkB의 activation은 지속적 inducer의 존재에도 일시적이거나 cyclical하다. cycle은 IkB의 반복된 분해와 합성과 더불어 이 반복적 사이클이 유발하는 NFkB의 반복적인 activation과 inactivation에 기인한다.
-예를 들어 마우스의 TNF알파로 유지되는 fibroblast에서 NFkB와 DNA의 binding activity는 30분에서 60분의 간격의 cycle을 가지는 것이 알려져 있다.
(6) anti NFkB therapy의 전망
-NFkB signaling의 modulator가 인간에게 사용될 것이라고 예상 가능하다
-지금까지는 NFkB에 대한 single step NFkB signaling inhibitor에 초점이 맞춰져 있었지만 앞으로는 NFkB의 저용량, multi-step의 inhibitor가 더 효과적일 수 있을 것입니다.
-아마도 우리는 앞으로 자연 유래의 NFkB inhibitor(녹차, curcumin(강황의 주요 물질), 항산화제)가 어떻게 인간의 건강에 도움을 주는지도 이해하게 될 것이다.
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병리학 프리젠테이션을 위해 NFkB의 내용을 정리한 초안이다. NFkB를 공부한 기념으로 보관해둔다.
조선시대 임진왜란시 '위정자들은 도망갔지만 의병은 들고 일어났던 위대한 국민성'이 있었다고 생각하는 이들이 있다. 이 사람들은 의병들이 조선 북쪽 끝으로 도망가 월경을 고려하던 위정자의 지휘 계통에 직접적으로 속하여 자발적으로 지휘를 받았으며 전란 와중의 정치적 파벌 다툼탓에 내려지는 부대 해체 명령에도 순순히 응했다는 사실을 알아야 한다. 나는 이런 것이 조선인들의 거국적 애국심 덕택인지 혹은 지배층의 유교를 가장한 의식화 교육의 산물인지 아직도 의아하다. 그리고 이런 성향은 지금도 모습을 바꾼 채 지속되고 있다고 본다. 역사가 켜켜히 쌓여가도 사안의 말초적인 변화는 있겠지만 근본적인 변화는 없다. 이런 여러가지 측면에 기반하여 나는 한반도 상에 존재하거나, 존재했던 '시민'과 '신민'이 단지 단속적이라고도 생각하지 않는다.
종종 '상호주의'라는 말은 북한인들 보다는 한국인 상호간에 적용되어야 하는 말이 아닌가 싶다. 한국인들이 자주 터뜨리는 위정자들에 대한 불평은 사실 자신과 서로를 비난하는 것이다. 타임지는 "대부분의 아시아 국민들이 민주주의의 이상을 지지하고 있지만 통치자에 대한 의존도는 유럽은 물론이고 심지어 아프리카 국가들보다 훨씬 낮은 수준"이라면서 한국을 그 예로 들어 '한국민들의 후진적 민주의식을 비판'했다. 그것을 본 한국인들은 동 언론사 기사 말미의 의견란에 '국가 발전에 제일 걸림돌이 바로 국회의원'이나 '제2의 6.25전쟁'이 발발할 가능성 있을 것이라는 등의 반응을 보였다.
