Interleukin 15 (IL-15) has been recognized as a key cytokine regulating homeostasis of memory CD8$^+$ T cells. In viral and inflammatory diseases, however, dysregulated expression of IL-15 activates memory CD8$^+$ T cells in a T cell receptor (TCR)-independent manner and promotes innate-like cytotoxicity that is strongly correlated with the disease-specific tissue damage. However, regulatory mechanisms underlying unique phenotypic and functional changes induced by TCR-independent IL-15 stimulation have not been examined in detail. Herein, I examine characteristic features of TCR-independent IL-15-induced activation of human memory CD8$^+$ T cells. I demonstrated upregulated expression of NKG2D/DAP10 as an indicative marker of TCR-independent IL-15-induced activation of human memory CD8$^+$ T cells. In addition, through transcriptome analysis, I established the specific gene signature induced by IL-15 that is unchanged or decreased by TCR stimulation in memory CD8$^+$ T cells. Interestingly, it was found that IL-15-induced activation of memory CD8$^+$ T cells was negatively regulated by calcium-mediated signaling induced by ionomycin treatment. Using various immunosuppressive agents, I demonstrated that while TCR-mediated activation is dependent on calcineurin pathway, IL-15-induced T-cell activation was not suppressed by calcineurin inhibitors. I also found that total CD8$^+$ T cells with age-dependent accumulation of their senescent subsets better respond to IL-15. Moreover, a combination of IL-15 and IL-12/IL-18 synergistically induced TCR-independent cytotoxic functions of memory CD8$^+$ T cells. Furthermore, I showed that although bystander-activated memory CD8$^+$ T cells highly express PD-1, their activation bypasses immunomodulatory signals induced by PD-1 ligands. Data from the current study unveil the fundamental differences in the activation mechanism of memory CD8$^+$ T cells induced by IL-15 and TCR stimulation. Increasing our understanding of underlying mechanisms that are involved in the regulation of IL-15-activated human memory CD8$^+$ T cells will have important clinical implications for a proper management of immunopathologic host injury found in various diseases.
인터루킨 15는 기억 CD8 T 세포의 증식과 생존에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 하지만 감염 및 염증성 질환에서 비정상적으로 증가된 인터루킨 15는 T 세포 수용체를 통한 자극 없이 기억 CD8 T 세포의 선천면역적 특성을 유도하여 질병 특징적인 조직 손상에 관여한다는 것이 밝혀졌다. 이에 본 연구에서는 인터루킨 15의 단독 자극을 통해 활성화된 기억 CD8 T 세포의 특징적인 면역학적 표현형 및 기능 변화에 기여하는 기전을 규명하고자 하였다. 정상인 말초 혈액에서 림프구를 분리하여 인터루킨 15 자극을 주었을 때 세포 표면에 발현하는 NKG2D 수용체와 고리 단백질 DAP10의 유전자 발현이 증가되었고 이들의 발현은 T 세포 수용체를 통한 자극에서는 얻어지지 않는 것을 확인함으로써 인터루킨 15를 통한 기억 CD8 T 세포의 활성화를 나타내는 특징적인 표시인 것을 규명하였다. 또한, T 세포 수용체 자극 및 인터루킨 15 자극 후 기억 CD8 T 세포의 유전체 분석을 진행한 결과, T 세포 수용체 자극과는 별개로 인터루킨 15 자극에 특이적으로 증가하는 유전자 발현 양상을 확인할 수 있었다. 더 나아가 인터루킨 15 자극 특이적으로 증가한 유전자들은 칼슘 신호 체계의 활성화로 인하여 감소됨을 알 수 있었다. 또한 면역억제제를 이용한 실험에서 단독적인 인터루킨 15의 자극으로 얻어지는 활성화는 T 세포 수용체 자극을 억제하는 칼시뉴린 억제제를 통해 감소되지 않는 것을 확인 하였다. 흥미롭게도 나이가 들면서 CD8 T 세포내에 증가하는 노화 세포들의 비율이 인터루킨 15에 대한 반응성과 강한 상관관계를 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 이러한 인터루킨 15에 의한 자극은 인터루킨 12/18자극에 의하여 상보적으로 강화될 수 있음을 확인할 수 있었다. 마지막으로 인터루킨 15로 인해 활성화된 방관자 기억 CD8 T 세포들은 T 세포 수용체 자극을 통한 활성화를 억제한다고 알려진 면역관문 수용체의 영향을 우회한다는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구를 통해 기존 T 세포 수용체를 경유하지 않고 인터루킨 15의 단독적인 역할로 활성화된 기억 CD8 T 세포의 특징적인 형질과 기능을 확인하였고 이에 관여하는 기전들에 대한 이해를 발전시킬 수 있었다. 이는 기초 면역학 지식의 확장에 기여할 뿐만 아니라, 심각한 감염 및 염증성 질환에서 숙주 조직 손상을 예방 및 치료하는 임상적 의의를 갖는다.
