The effects of 2-amino-3-methylimidazo[4,5-f]quinoline (IQ), a food- borne mutagen/carcinogen, on immune responses and the mechanism of T cell- mediated immunosuppression by IQ were studied. The suppressive effects of IQ on T - dependent antibody response to sheep red blood cells in vivo and lipopolysaccharide -induced lymphoproliferative response in spleen cell cultures were examined. The IQ also significantly inhibited spleen cell proliferation in response to T - cell mitogenic lectins such as concanavalin A or phytohemagglutinin. Lymphoproliferative response by phorbol 12-myristate 13-acetate and ionomycin activation was inhibited by IQ. It was also found that the cell proliferation stimulated by alloantigens was suppressed by the carcinogen as measured by mixed lymphocytes response (MLR). The secretion of interleukin 1 and nitric oxide production in peritoneal macrophages were suppressed by IQ in a dose-related manner. These results suggest that IQ suppresses the humoral- mediated, the cell-mediated, and the nonspecific immune responses.
In order to characterize the biochemical mechanism by which T cell-mediated immune response is suppressed by IQ, the temporal addition studies, in which the carcinogen was added at different time intervals after stimulation of spleen cells by the mitogen, were performed. It was examined whether lymphoid cells express differential sensitivity to IQ at different stages of cellular maturation / differentiation. An inverse relationship was observed between the time of IQ addition with respect to mitogen stimulation and the inhibition of proliferation. The IQ also inhibited cell cycle progression from $G_0/G_1$ to S phase and the cell cycle transition from S to $G_2$/M phase was not perturbed by IQ. These results are consistent with the temporal addition studies suggesting that cells are most susceptible to IQ inhibition at the time of activation. These data further suggest a highly selective mechanism of immunosuppression by IQ, which might block the early activation of cell proliferation.
The IQ-induced suppression of the lymphoproliferative response to T - cell mitogens might correlate with the coupled suppression of IL-2 production and IL-2 receptor expression. To determine if IQ - induced suppression of the lymphoproliferative response resulted from the decrease in protein kinase C (PKC) activity, PKC activity in spleen cell culture was assessed. The IQ inhibited PKC activity in both the membrane and the cytosol fraction. The phosphorylation of myristoylated alanine rich C kinase (MARCKS), a known PKC specific substrate, was also inhibited by IQ. These data indicate that the coupled suppression of IL-2 production and IL-2 receptor expression by IQ may be involved in the inhibition of PKC activity.
The present study have focused on the molecular mechanisms leading to the IQ suppression of T cell proliferation. To investigate whether IQ may play a role in the regulation of transcriptional activation in IL-2/IL-2 receptor genes, the effects of IQ on the activation of transcription factors such as NF-kB, NF-AT and AP-1 were examined using a transient transfection assay and electrophoretic mobility shift assay. The IQ inhibited the activation of NF-kB and AP-1, which in turn are stimulated by the $Ca^{2+}$- independent PMA/PHA pathway. In contrast, the PMA/Io-stimulated activation of NF-AT and AP-1 were resistant to IQ, indicating that the transcriptional control pathway suppressed by IQ is different from the pathway suppressed by cyclosporin A or FK506. These results suggest that the suppression of transcriptional activation in the IL-2/IL-2 receptor gene expression by IQ may involve the blocking the $Ca^{2+}$- independent PKC pathway.
2 - Amino-3-methylimidazo [4,5-f] quinoline (IQ) 은 식품 및 환경유래 돌연변이원/ 발암원으로 최근 활발한 연구가 진행되고 있으나, 면역억제 효과에 관한 연구는 아직 전혀 이루어져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 IQ 의 면역반응에 미치는 영향을 조사하고, 그 독성의 기작을 규명하고자 다음과 같은 실험을 실시하였다.
IQ 는 면양적혈구를 항원으로 사용했을 때 생성되는 항체 생성 반응과 lipopolysaccharide 에 의해 유도되는 비장세포의 증식을 현저히 저하시켰을 뿐만 아니라, concanavalin A (Con A) 나 phytohemagglutinin (PHA), phorbol 12-myristate 13-acetate/ionomycin (PMA/Io) 등에 의해 촉진되는 비장 세포의 증식과 alloantigen 에 의한 혼합 임파구 세포 반응 (mixed lymphocytes response) 도 투여량 의존적으로 억제하였다. 또한 복강 거식세포의 중요한 면역반응인 인터루킨 1 의 분비와 nitric oxide 의 생산도 유의성있게 감소시켰다. 이와같은 결과는 IQ가 체액성 면역반응과 세포성 면역반응, 그리고 비특이적 면역반응등을 모두 저해함을 나타낸다.
한편 IQ에 의한 세포성 면역반응에 대한 영향을 조사하기 위하여 temporal addition 실험과 세포 주기 분석을 수행하였다. Con A에 의해 유도되는 세포 증식 반응은 IQ를 세포배양 초기 (24시간 이내)에 첨가하였을 때 가장 저해 효과가 높았으며, Con A 처리 40시간 후의 경우는 활성화 시작과 동시에 처리했을 때와 비교해 아주 미약한 정도의 증식 저해만이 관찰되었다. Con A에 의해 유도되는 세포주기의 진행은 IQ를 첨가할 경우 $G_0/G_1$ phase 에서 attenuate 되는 것을 발견했으며, S phase에서 $G_2$/M phase로의 진행에는 영향하지 않았다. 이와같은 결과는 IQ의 면역억제 현상이 선택적으로 면역세포의 활성화 초기과정에 연관되어 있음을 시사한다.
세포성 면역반응에 가장 중요한 요인으로 알려진 인터루킨 2 의 생산과 인터루킨 2 수용체의 발현도 IQ에 의해 현저히 감소되었다. 이와같은 현상은 인터루킨 2 생산 및 인터루킨 2 수용체 발현에 관계된 신호전달 과정의 주요한 요소인 단백질 인산화 효소 C (PKC)의 활성 저해에 기인한다는 것이 합성 펩티드 기질 (Ac-MBP) 과 세포내 기질 (MARCKS)을 이용한 PKC 분석으로부터 확인되었다.
본 연구에서는 또한 인터루킨 2/인터루킨 2 수용체 유전자의 발현에 대한 IQ의 영향을 transient transfection assay 와 electrophoretic mobility shift assay 등을 이용하여 조사하였다. 인터루킨 2/인터루킨 2 수용체 유전자의 전사 인자인 NF-kB, AP-1, NF-AT 등의 전사 촉진 작용에 대한 IQ의 영향을 조사한 결과, PMA와 PHA로 자극할 경우, NF-kB와 AP-1 의 전사 촉진 작용이 크게 억제된 반면, PMA와 ionomycin으로 자극하면, NF-AT와 AP-1 의 전사촉진 작용에는 전혀 영향하지 않음이 관찰되었다. 이와같은 실험 결과는 IQ에 의한 인터루킨 2/인터루킨 2 수용체 유전자 발현의 전사과정의 억제 현상이 $Ca^{2+}$-independent PKC pathway 의 차단과 연관되어 있음을 시사한다.
