Role of Macrophage protein phosphatase magnesium-dependent 1A in spondyloarthitis = 척추관절염에서 대식세포 protein phosphatase magnesium- dependent 1A의 역할 규명

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objective: Spondyloarthritis (SpA) is a chronic inflammatory disease characterized by periodic exacerbations, which driven by an activation of pro-inflammatory cytokines, though the signaling mechanisms behind this remain unclear. Here, we investigated PPM1A as an intracellular regulator of macrophage activation and inflammatory responses in the context of SpA pathogenesis.
Methods: We analyzed publicly available transcriptomic datasets from SpA patients to identify regulators associated with inflammatory cytokine profiles. SKG mice and conditional PPM1A knockout mice (PPM1Afl/fl;LysM-Cre), generated using Cre- LoxP system, were utilized to assess functional role of PPM1A in macrophages. Bone marrow-derived macrophages (BMMs) from PPM1Afl/fl;LysM-Cre mice were analyzed to investigate molecular mechanisms associated with inflammasome activation and downstream T cell responses through co-culture with CD4⁺ T cells.
Results: PPM1A expression was negatively correlated with IL-1β and NLRP3 levels in macrophages from AS patients, which was validated in established in vivo animal models of spondyloarthritis. Upon stimulation of NLRP3 inflammasome, IL-1β secretion was significantly increased in PPM1Afl/fl;LysM-Cre mice compared with LysM-Cre mice, whereas TNF-𝛼 secretion had no difference between them, both in vitro and in vivo. Mechanistically, PPM1A limited NLRP3 inflammasome activation by dephosphorylating IKKβ and blocking its binding to NLRP3. Increased IL-1β level in PPM1Afl/fl;LysM-Cre BMMs promoted IL-17A production in co-cultured CD4+ T cells.
Conclusion: Intracellular PPM1A negatively regulates IL-1β secretion in macrophages by dephosphorylating IKKβ and limiting NLRP3 inflammasome activation, thereby promoting Th17 responses and contributing to chronic inflammation in SpA.

국문 초록 (Abstract)

척추관절염은 주기적인 악화를 특징으로 하는 만성 염증성 질환으로, 이러한 악화는 염증성 사이토카인의 활성화에 의해 유발되나 그 신호전달 기전은 아직 명확히 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 척추관절염의 병인에서 대식세포 활성화 및 염증 반응의 세포 내 조절자로서 PPM1A의 역할을 규명하고자 하였다.
먼저 강직척추염 환자의 공개된 전사체 데이터셋을 분석하여 강직성 척추염 환자의 대식세포에서 PPM1A 발현이 IL-1β 및 NLRP3 수준과 음의 상관관계를 보이는 것을 확인하였다. 또한 척추관절염 동물 모델인 SKG 마우스의 대식세포에서 PPM1A 감소를 확인하였으며, Cre-LoxP 시스템을 이용해 생성한 대식세포 특이적 PPM1A 결손 마우스에 NLRP3 인플라마좀을 자극하였을 때 in vitro와 in vivo 에서 대조군에 비해 IL-1β 분비가 유의하게 증가하는 것을 확인하였다. 또한 대식세포 특이적 PPM1A 결손 마우스에서 분리한 골수 유래 대식세포를 이용해 기전적으로는 PPM1A가 IKKβ를 탈인산화하고 IKKβ와 NLRP3의 결합을 차단함으로써 NLRP3 인플라마좀 활성화를 제한하는 것을 확인하였고, 대식세포 특이적 PPM1A 결손 마우스에서 분리한 골수 유래 대식세포와 CD3⁺CD4⁺ T세포를 공배양하였을 때 T세포에서 IL-17A 생성을 촉진하는 것을 확인하였다.
따라서 본 연구 결과를 통해 대식세포 내 PPM1A는 IKKβ를 탈인산화하여 NLRP3 인플라마좀 활성화를 억제함으로써 대식세포에서 IL-1β 분비를 조절한다는 사실을 밝혔으며, 척추관절염의 병인으로 대식세포에서의 PPM1A 감소로 Th17 반응을 촉진하고 만성 염증 형성에 기여한다는 가능성을 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Contents iii
• List of Figures and Tables v
• Introduction 1
• Materials and Methods 4
• Collection of transcriptome data from GEO datasets 4
• Animal Experimentation 4
• Rats 4
• Mice 5
• In vivo inflammation model 5
• Bone marrow-derived macrophage differentiation 5
• Reagents and antibodies 6
• Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and real-time
• quantitative PCR (qPCR) analysis 6
• Evaluation of arthritis 7
• Joint and tail histology 7
• Murine Synovial Tissue Preparation 8
• Cell staining and Flow Cytometry 8
• Western blotting and immunoprecipitation 8
• Enzyme-linked immunosorbent assay 9
• Co-culture 9
• Statistical analysis 10
• Results 11
• Discussion 16
• References 40
• Abstract in Korean 45