미세 중력이 비만세포의 생존과 활성화에 미치는 영향

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In outer space, various environmental cues such as microgravity can affect human immune system. However, that mechanism is not well known. Mast cells play an important role in inflammation and allergic responses by secretion of inflammatory mediators, including histamine and cytokine. In this study, the function and viability of mast cells in microgravity condition were investigated by using rotary cell culture system (RCCS) which can mimic microgravity in laboratory. The control group was cultured in cell culture dish at normal gravity (1G), and simulated microgravity group (SMG) was cultured in RCCS at 15 rpm.
In the results, there was no difference in mast cell size between 1G and SMG. In addition, microgravity did not appear to affect mast cell apoptosis up to 48 hr, but cell apoptosis eventually occurred when mast cells cultured for 168 hr in RCCS. Furthermore, mast cell proliferation was also reduced in SMG condition. To determine an effect of microgravity on mast cells function, mast cells were incubated in RCCS for 48 hr. Degranulation and the production of inflammatory cytokines including IL-6, TNF-α were reduced upon stimulation with phorbol myristate acetate (PMA) and ionomycin. The calcium influx of mast cells was also decreased. The same results were shown when mast cells were stimulated with IgE associated antigen. These data demonstrate that microgravity negatively affects the mast cell survival and function. This study provides new insights into microgravity-caused mast cell functional defects.

국문 초록 (Abstract)

우주에서 사람의 면역체계는 미세중력 혹은 우주 방사선 같은 다양한 환경적 변화들에 의해 영향을 받는다. 하지만 면역세포에 대한 이들의 메커니즘은 아직 잘 알려져 있지 않다. 비만세포는 히스타민과 사이토카인 등 다양한 염증 매개물질을 분비함으로써 염증반응과 알레르기 반응에 중요한 역할을 하는 면역세포이다. 본 연구에서는 미세중력을 실험실 안에서 모사할 수 있는 장치인 rotary cell culture system (RCCS) 을 이용하여 미세중력에 노출된 비만세포의 기능과 생존성에 대해 조사하였다. 따라서 대조군 그룹은 세포배양접시에 두어 정상 중력에서 (1G), 비교대상인 미세중력 그룹은 RCCS에서 (SMG) 각각 배양하였다. 그 결과, 먼저 RCCS에서 배양한 비만세포와 정상 중력에서 배양한 비만세포의 세포에서 형태학적 변화가 나타나지는 않았다. 또한 48시간까지는 미세중력이 세포 사멸에 영향을 미치지 않는 것으로 보였으나, 미세중력 상태에서 일 주일 동안 배양한 경우에는 결국 세포 사멸이 일어남을 확인하였다. 더 나아가 세포 증식을 확인한 결과, 미세중력 상태에서 배양된 비만세포의 증식 또한 정상 중력 (1G)에서 배양한 대조군보다 감소하였다. 다음으로 미세중력이 비만세포의 기능에 미치는 영향을 알아보기 위해 비만세포를 48시간 동안 RCCS에서 배양한 후 PMA와 ionomycin으로 자극시켰다. 미세중력에 노출시킨 비만세포의 탈과립화, 그리고 IL-6, TNF-α와 같은 염증성 사이토카인의 생산량이 대조군에 비해 감소함을 볼 수 있었다. 또한 칼슘의 유입도 대조군에 비해 떨어지는 것을 알 수 있었다. 비만세포를 미세중력에 노출시킨 뒤 IgE-항원으로 자극시킨 경우에서도 같은 결과가 나타났다. 이러한 결과는 미세중력이 비만세포의 기능과 세포분화를 억제시킨다는 것을 보여준다. 따라서 본 연구가 비만세포에 대한 미세중력의 영향, 더 나아가 면역시스템에 대한 미세중력의 영향을 조사하는데 도움이 되기를 기대하는 바이다.

목차 (Table of Contents)

• Contents 01
• List of Figures 03
• Abstract 04
• 1. Introduction 06
• 2. Materials and Methods 12
• 2.1. Bone marrow-derived mast cells 12
• 2.2. Simulated microgravity 13
• 2.3. Cell viability assay 14
• 2.4. Cell proliferation assay 14
• 2.5. Degranulation assay 15
• 2.6. Calcium influx assay 17
• 2.7. Cytokine production 17
• 2.8. Western blot analysis 18
• 3. Results 19
• 1. Simulated microgravity does not affect mast cell size 19
• 2. Simulated microgravity does not affect mast cell development and FcεR I expression 21
• 3. Simulated microgravity has a negative effect on mast cell viability 23
• 4. The proliferation of mast cells is suppressed in simulated microgravity condition 25
• 5. Simulated microgravity inhibits degranulation of mast cells 27
• 6. Simulated microgravity reduces cytokine production of mast cells 29
• 7. Simulated microgravity also decreases calcium release 31
• 4. Discussion 33
• 5. 국문요약 38
• 6. References 40