Thymic Development and Functional Characteristics of Innate-like CD8 T Cells = 선천 유사 CD8 T 세포의 흉선 내 발달 및 기능적 특성에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Innate-like CD8 T cells are rapidly activated and develop in a cytokine-dependent manner, even in the absence of antigen exposure. However, thymic development and functional characteristics of this population remain poorly understood in humans and nonhuman primates compared with mice. Moreover, the in vivo cytokine-dependent regulation of this population has not been fully characterized in mice.
In this study, the thymic development of innate-like CD8 T cells was analyzed in cynomolgus macaques based on CD1b expression. In the macaque thymus, IL-4-producing PLZF⁺ thymocytes were predominantly observed at the immature double-positive stage. EOMES⁺ CD8 single-positive thymocytes with a memory-like phenotype were identified at later stages of thymic development, among which a subset expressing NKG2A/C exhibited innate-like features. Single-cell RNA sequencing of thymocytes revealed that this population originated from thymocytes receiving strong T cell receptor signals and diverged into the agonist selection pathway. Their thymic development was also associated with IL-4 and IL-15 signaling. In the periphery, NKG2A/C⁺ CD8 T cells similar to the thymic population were observed, and their proliferation as well as IFN-γ and TNF-α production were enhanced by IL-15 in the absence of TCR stimulation.
In mice, the cytokine-mediated regulation of virtual memory (VM) T cells within the innate-like CD8 T cell population was investigated in vivo. Single-cell RNA sequencing analysis revealed that IL-4 plays a critical role in VM T cell development. Treatment with exogenous IL-4 complex increased the VM T cell population in vivo but reduced the proportion of the effector Ly6C⁺Sca-1⁺ VM subset. In contrast, treatment with IL-15 complex induced biased differentiation toward the effector Ly6C⁺Sca-1⁺ VM subset, thereby enhancing the effector functions of VM T cells. In a thioacetamide-induced liver inflammation model established to evaluate the immunopathological role of IL-15–induced VM T cells, IL-15 complex pretreatment markedly increased hepatic infiltration of effector Ly6C⁺Sca-1⁺ VM T cells characterized by high NKG2D expression and low PD-1 expression. The recruitment of these cells consequently contributed to liver inflammation.
Overall, this study provides a comprehensive insight into the development, cytokine regulation, and functional characteristics of innate-like CD8 T cells in both nonhuman primates and mice.

국문 초록 (Abstract)

선천-유사 CD8 T 세포는 항원 노출 없이도 사이토카인 의존적으로 빠르게 활성화되고 발달한다. 그러나 이 세포 집단의 흉선 내 발달과 기능적 특징은 마우스에 비해 인간과 비인간 영장류에서 아직 제대로 이해되지 않고 있다. 또한, 생체 내에서 이 세포 집단의 사이토카인 의존적 조절은 마우스에서도 아직 완전히 밝혀지지 않았다.
본 연구에서는 CD1b 발현을 기반으로 게잡이 원숭이 (cynomolgus macaque)에서 선천-유사 CD8 T 세포의 흉선 발달을 분석했다. 원숭이 흉선에서는 IL-4를 분비하는 PLZF⁺ 흉선세포가 주로 미성숙 이중 양성 단계에서 관찰되었다. EOMES⁺ CD8 단일 양성 흉선세포는 후기 발달 단계에서 확인되었으며, 이들 중 일부는 NKG2A/C를 발현하여 선천-유사 특성을 나타냈다. 흉선세포의 단일 세포 RNA 시퀀싱 분석 결과, 이 세포 집단은 강력한 T 세포 수용체 신호를 받은 흉선세포에서 유래하여 작용제 선택 경로로 분화하는 것으로 나타났다. 또한 이들의 흉선 내 발달은 IL-4 및 IL-15 신호전달과 관련이 있었다. 말초에서는 이 흉선 세포 집단과 유사한 NKG2A/C⁺ CD8 T 세포가 관찰되었으며, 이 세포 집단은 TCR 자극 없이 IL-15에 의해 증식과 IFN-γ 및 TNF-α 생성 능력이 증가했다.
마우스에서는 마우스의 선천-유사 CD8 T 세포 집단인 가상 기억(VM) T 세포의 사이토카인에 의한 생체 내 조절을 조사했다. 단일 세포 RNA 시퀀싱 분석에서 IL-4는 VM T 세포 발달에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 외인성 IL-4 복합체 처리는 생체 내 VM T 세포 집단을 증가시켰지만, 효과기 Ly6C⁺Sca-1⁺ VM 하위 집단의 비율을 감소시켰다. 반면, IL-15 복합체 처리는 효과기 Ly6C⁺Sca-1⁺ VM 하위 집단으로의 편향적 분화를 유도하여 VM T 세포의 효과기 기능을 향상시켰다. IL-15-유도 VM T 세포의 면역병리학적 역할을 평가하기 위한 thioacetamide-유도 간 염증 모델에서, IL-15 전처리는 높은 NKG2D 발현과 낮은 PD-1 발현을 특징으로 하는 효과기 Ly6C⁺Sca-1⁺ VM T 세포의 간 침윤을 현저히 증가시켰다. 이러한 세포들의 유입은 결과적으로 간 염증에 기여했다.
종합적으로, 본 연구는 비인간 영장류와 마우스를 통해 선천-유사 CD8 T 세포의 발달, 사이토카인 조절, 기능적 특성에 대한 통찰을 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Contents iii
• List of figures iv
• List of abbreviations vi
• Introduction 1
• Materials and Methods 3
• Results 16
• Discussion 65
• References 73
• Abstract in Korean 78