S100A8/A9에 의한 1차 배양 미세아교세포 및 성상교세포에서 증가되는 S100A8의 TLR4/NF-κB/NLRP3 경로를 통한 pyroptosis 조절 = The expression of S100A8 induced by S100A8/A9 regulates pyroptosis via TLR4/NF-κB/NLRP3 pathways in primary microglia and astrocytes

국문 초록 (Abstract)

염증 매개체 중 하나인 S100A8/A9는 알츠하이머병(AD) 또는 외상성 뇌손상(TBI)과 같은 여러 신경퇴행성 질환에서 증가하며 염증의 신뢰할 수 있는 마커로 간주된다. S100A8/A9는 위험 관련 분자 패턴(DAMPs)에 속하며 면역 반응을 유도할 수 있다. 미세아교세포와 성상교세포는 중추신경계(CNS)의 비신경 세포에 해당된다. 미세아교세포는 염증과 손상이 일어나는 동안 대식세포로 기능하며 중요한 식세포 역할을 한다. 또한 성상교세포는 여러 사이토카인의 분비 및 신경독성 물질의 방출을 담당한다. 염증과 관련된 세포 사멸 중 파이롭토시스(pyroptosis)는 유전적으로 암호화된 괴사의 경로 중 하나이며 비염증성 형태의 세포 사멸과는 다른 유형의 세포 사멸이다. 지금까지 다른 연구들에선 S100A8/A9를 사용한 암의 세포 사멸을 확인했지만 뇌 질환에서는 현재까지 밝혀진 바가 많지 않다. 본 연구에서는 S100A8/A9 처리에 의한 S100 A8 발현이 1차 미세아교세포 및 성상교세포의 파이롭토시스에 영향을 미치는지 조사하였고 그 결과, 1차 미세아교세포와 성상교세포에서 S100A8/A9에 의해 유발된 caspase-1의 활성화와 특정 사이토카인의 성숙은 TLR4/NFκB/ NLRP3 경로를 통해 파이롭토시스 세포 사멸을 유도함을 확인했다. 또한 S100 A8 short-hairpin RNA (shS100A8)는 ninjurin-1 (NINJ1) 및 GSDMD와 같은 파이롭토시스 관련 단백질의 발현을 억제하였다. 요약하면, 본 연구 결과는 1차 소교 세포 및 성상교세포에서 S100A8/A9에 의한 증가된 S100A8 발현이 파이롭토시스를 유도한다는 것을 밝히는 새로운 관점을 제안한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

One of the inflammatory mediators, S100A8/A9 is increased in several neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease (AD) or traumatic brain injury (TBI) and is regarded as a reliable marker of inflammation. S100A8/A9 belongs to the danger -associated molecular patterns (DAMPs) and types of molecules that can elicit an immune response. Microglia and astrocytes are non-neuronal cells of the central nervous system (CNS). During inflammation and injury, microglia function as macrophages and play an important phagocytic role. Astrocytes take charge of secretion of multiple cytokines or release of neurotoxic amounts. Among the cell death associated with inflammation, pyroptosis is one of the genetically encoded pathways of necrosis and it is a different type of cell death from the non-inflammatory form of apoptosis. So far, other studies have confirmed cell death through S100A8/A9 in cancer, but not in brain disease. As a heretofore not revealed, I investigated whether S100A8 expression by each treatment of S100A8 and S100A9 affect the pyroptosis of primary microglia and astrocytes. The activation of caspase-1 and maturation of specific cytokines in the S100A8/A9-triggered primary microglia and astrocytes induced pyroptotic cell death through TLR4/NF-κB/ NLRP3 pathway. Furthermore, S100A8 short-hairpin RNA (sh S100A8) inhibited the expression of pyroptosis-related proteins like ninjurin-1 (NINJ1) and GSDMD. In summary, our findings suggest a novel perspective, revealing that the increased S100A8 expression by S100A8/A9 in primary microglia and astrocytes induce pyroptosis.

목차 (Table of Contents)

• CONTENTS Ι
• LIST OF FIGURES AND TABLE Ⅱ
• ABSTRACT IN ENGLISH Ⅲ
• Ι. INTRODUCTION 1
• Ⅱ. MATERIALS AND METHODS 6
• Ⅲ. RESULTS
• 1. S100A8/A9 induces cell death in primary microglia and astrocytes 12
• 2. Pyroptosis by S100A8/A9 is attenuated by treatment with KCL 19
• 3. S100A8/A9 activates the pyroptosis proceeding via TLR4/NF-κB/NLRP3 pathways 22
• 4. S100A8/A9 treatment improves expression of S100A8 both microglia and astrocytes 27
• 5. Expression of S100A8 in glial cells is key to mediating pyroptosis 31
• 6. Knockdown of S100A8 expression alleviates levels of GSDMD and NINJ1 36
• Ⅳ. DISCUSSION 44
• Ⅴ. REFERENCE 49
• ABSTRACT IN KOREAN 56