Regulation of the NLRP3 inflammasome by mitochondrial MARCH5 ubiquitin ligase

Abstract

미토콘드리아는 세포의 항상성 유지에 있어서 중요한 역할을 하는 세포 소기관 중 하나이다. 이들은 외막에 존재하는 다양한 단백질을 조절함으로써 세포 항상성 유지에 기여한다. 단백질 조절은 다양한 번역 후 조절(Post-translational modification) 단계를 통해 이루어지게 되는데, 본 연구에서는 미토콘드리아 외막에 존재하는 E3 ubiquitin ligase인 MARCH5가 선천성 면역반응 조절에 있어서 기여하는 기능을 연구하고자 하였다. 다양한 병원균이나, 세포 내 스트레스로 인해 형성된 ROS나 mitochondrial DNA는 선천면역반응을 유발한다. 이러한 다양한 자극에 NLR신호전달에 관여하는 다양한 수용체들이 각각 인지하게 되면, ASC, pro-caspase-1과 함께 거대한 단백질 복합체(inflammasome)를 형성하여 여러 사이토카인의 분비를 증가시키게 된다. 현재까지 이들 중 NLRP3 inflammasome에 대한 연구가 가장 많이 이루어졌으며, 최근에는NLRP3 inflammasome활성화에 있어 미토콘드리아의 중요성이 강조되고 있다. 그러나 아직까지 미토콘드리아에서 어떻게 이들이 형성되는지에 대한 자세한 기전은 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구는 미토콘드리아에서 NLRP3복합체 형성에 있어서 MARCH5의 역할에 대해 규명하였다. 이를 위해 골수면역세포에 특이적으로 MARCH5가 결손 된 마우스를 구축하였으며, 이들의 마우스의 골수면역세포를 통해 MARCH5는 NLRP3 inflammasome을 특이적으로 MARCH5가 조절한다는 것을 확인하였다. 이는 MARCH5가 NLRP3의 NACHT 도메인에 결합하여 그곳에 있는 K324과 K430잔기에 K27 chain을 통한 폴리유비퀴틴화를 촉진함으로써 NLRP3의 자가올리고머화를 유도한다. 또한 MARCH에 의한 폴리유비퀴틴화는 NLRP3의 올리고머화를 매개하는 단백질인 NEK7의 결합을 촉진시킨다는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구는 선천면역반응에서 단백질 조절에 있어MARCH5의 역할을 positive regulator로서 확장하였고, NLRP3 inflammasome 활성화에 있어서 NEK7이 NLRP3와 상호작용하는 새로운 기전을 제시하였다.