Cellular prion protein (PrPC) is widely expressed in various cell types. Previous studies demonstrated that PrPC is highly expressed on the surface of various types of immune cells by a glycosyl-phosphatidylinositol (GPI) anchor. However, the specific roles of PrPC in the immune cells have not been elucidated clearly. Natural killer (NK) cells which have critical roles in clearing virus-infected cells or tumor cells as a part of innate immunity are also known to express PrPC molecules on their surface.
To find out the role of PrPC in the NK cells, we made a soluble form of recombinant soluble PrPC and investigated its effects on human NK cells. A recombinant soluble PrPC-Fc protein was generated by fusion of human PrPC molecule with the Fc portion of human IgG1. Soluble PrPC-Fc bound to the surface of human NK cells, and drove cytokine and chemokine production and secretion. In addition, soluble PrPC-Fc facilitated the proliferation of NK cells in response to IL-15. These data mean that soluble PrPC-Fc can activate NK cells. Next, we investigated specific pathways involved in the activation of NK cells by soluble PrPC-Fc. After binding of soluble PrPC-Fc to NK cells, ERK and JNK signaling pathways were activated. Inhibitors of either pathway abrogated interferon-γ (IFN-γ) production of NK cells. Activation of ERK and JNK signaling pathways in NK cells after soluble PrPC-Fc treatment was not associated with crosslinking of PrPC molecules on the cell surface, since soluble PrPC-Fc did not bind to cell surface PrPC molecule. This activation of MAP kinase signaling pathway after soluble PrPC-Fc treatment was not associated with activating coreceptors on the NK cell surface. Antibody-mediated blocking of various types of acivation coreceptors of NK cells did not influence on the activity of soluble PrPC-Fc. Further study will be needed to identify the cell surface binding partner of recombinant soluble PrPC-Fc.
Taken together, soluble PrPC-Fc enhances cytokine production and proliferation of NK cells via activation of the ERK and JNK signaling pathways. Our study has implications that this recombinant soluble PrPC-Fc has a novel role of activating human NK cells.
세포성 프리온 단백질 (Cellular prion protein, PrPc)은 뉴런을 포함한 다양한 종류의 세포의 표면에 발현되고 있으며, 면역 세포의 표면에도 발현하고 있다. 면역 세포에서의 세포성 프리온 단백질에 관한 기존 연구는 면역 세포가 활성화 (activation)될 때, 프리온 단백질의 발현이 증가한다는 내용 정도만 밝혀져 있을 정도로 매우 미진한 상황이다. 자연살해세포 (natural killer cell, NK cell)는 바이러스에 감염된 세포나 종양 세포를 제거하는 데 특화된 선천 면역 세포이다. 그들은 외부 자극에 의하여 직접적으로 세포 살해 효과를 보이거나 항바이러스 싸이토카인 (cytokine)을 분비한다.
본 연구에서는 유전자 재조합 방법으로 만든 재조합 수용성 프리온 단백질 (recombinant soluble PrPc-Fc)이 자연살해세포의 활성에 미치는 영향을 살펴보았다. 재조합 수용성 프리온 단백질은 인간의 세포성 프리온 단백질에 인간의 면역글로불린 G1의 중쇄 부분 (Fc)을 융합해 만들었다. 이렇게 만든 수요성 프리온 단백질은 인간의 자연살해세포 표면에 결합하여 자연살해세포를 활성화 시켰다. 활성화된 자연살해세포는 싸이토카인과 케모카인 (chemokine)을 분비하게 되고, IL-15에 의한 자연살해세포의 증식을 촉진하였다. 다음으로 이 수용성 프리온 단백질이 자연살해세포를 활성화 시키는 기전을 조사하였다. 수요성 프리온 단백질이 자연살해세포에 결합하면 ERK와 JNK가 인산화 되었다. 또한 두 단백질을 억제하는 화학 물질을 처리하면 수요성 프리온 단백질에 의한 자연살해 세포의 활성화가 둔화되었다. 추가적으로 자연살해세포의 표면에서 수요성 프리온 단백질의 결합 단백을 찾기 위한 노력을 진행하였다. 일단 자연살해 세포 표면에 발현하고 있는 세포성 프리온 단백질은 재조합 수용성 프리온 단백질의 결합 파트너가 아닌 것으로 생각되었다. siRNA를 이용하여 자연 살해 세포에서 세포성 프리온 단백질의 발현을 줄여도 재조합 수용성 프리온 단백질의 결합이 변하지 않았기 때문이다.
두번째로 자연살해 세포의 표면에 발현하고 있는 여러 활성화 리셉터 (coactivating receptor)를 조사하였다. 하지만 항체를 이용하여 세포 표면의 리셉터의 효과를 상쇄하여도 수용성 프리온 단백질의 결합은 변하지 않았다. 따라서 이러한 활성화 리셉터도 수용성 프리온 단백질의 결합 단백이 아닌 것으로 생각되었다.
결론적으로 재조합 수용성 프리온 단백질은 자연살해세포를ERK 및 JNK 경로를 통하여 활성화시킨다. 향후 추가적인 연구를 통하여 프리온 단백질과 결합하는 자연살해세포의 결합단백을 포함한 자세한 활성화 경로가 밝혀질 것으로 기대되는 바이다.
