일본 이화학연구소(RIKEN)는 리스본대학, 파스테르연구소와의 공동연구를 통해 시계유전자 `E4BP4`가 자연임파구(ILC)의 발생에 필수적인 분자의 발현을 조절하고 있다는 것을 밝혀냈다.

면역계는 자연면역과 획득면역으로 나뉠 수 있다. 자연면역은 수상세포나 대식세포 등의 자연면역세포가 침입한 항원을 파괴하는 비특이적 면역대응인 반면, 획득면역은 T임파구 및 B임파구 등의 획득 면역세포가 항원을 인식하여 특이적으로 대응하는 특징이 있다. 자연임파구(ILC)는 이 중 자연면역에 관한 세포로, 2010년 T임파구나 B임파구와 다른 성질을 가지고 있다고 발견되었다. 자연임파구는 항원을 인식하는 수용체를 가지고 있지 않으며, 인터페론(IFN)이나 인터류킨(IL) 등 여러 가지 사이토카인을 생산하는 특징이 있다.

자연임파구의 사이토카인 생산능력은 3가지로 구분된다. 그룹1(ILC1)은 IFN-γ를, 그룹 2(ILC2)는 IL-5나 IL-13을, 그룹 3(ILC3)은 IL-17A나 IL-22을 생산한다. 이 중에서도 ILC3은 장의 점막고유층에 풍부하게 존재하며 상피에서 항균 펩티드의 생산을 유도하여 장내 세균 및 장면역과의 평형상태 확립에 중요한 역할을 담당하고 크론병과 같은 만성 염증질환과 관련되어 있다고 알려져있다. 

자연임파구에는 자연면역세포로 알려져 있는 내추럴킬러(NK)세포나 태생기에 임파조직형성에 관여된 임파조직유도세포(LTi세포)가 포함되어 있고, 자연임파구의 세 그룹과 공동 전구세포에서 만들어진다고 알려져 있다. 하지만 자연 임파구가 어떻게 만들어지는지, 발생단계에서 어떻게 세 그룹으로 나뉘어지는지에 대한 상세한 메커니즘은 알려지지 않았다. 

2011년, 연구진은 시계유전자의 제어장치로 알려진 전사인자 E4BP4/NFIL-3이, 과잉 면역반응을 가라앉게 하는 분자로 작용한다는 것을 발견하였다. E4BP4/NFIL-3은 T임파구에서 면역반응을 가라앉히는 사이토카인 IL-10의 생산을 제어하는 한편, 자연임파구(NK세포나 특화한 능력을 가진 수지상세포)의 발생이나 분화에도 중요한 작용을 한다는 사실을 확인하였다. 이번에 공동연구진은 자연임파구의 발생과정에서 E4BP4/NFIL-3의 상세한 작용을 해명하였다. 

연구진은 우선 E4BP4를 발현한 녹색형광색소(GFP)가 발광하는 마우스를 작성하여, 마우스 생체 내에 존재하는 임파구에서의 E4BP4/NFIL-3 발현을 해석하였다. 그 결과 T임파구나 B임파구에서는 E4BP4/NFIL-3의 발현이 거의 보이지 않는 것에 반해 NK세포나 전구세포를 포함한 대부분의 모든 자연임파구 (ILC1, ILC2, ILC3)에서는 높게 발현됨을 확인하였다.

다음으로 이 자연임파구의 발생단계에서 E4BP4의 필요성을 검토하기 위해 E4BP4를 만드는 유전자를 결손시킨 마우스(E4BP4 결손마우스)를 작성하여 분석하였다. 그 결과 모든 자연 임파구의 분화에 장애가 일어남을 확인하였다. 특히 이 장애는 골수에 분포하는 ILC2나 장 관 내에 분포하는 ILC3, 임파조직유도세포에 현저하게 일어나는 것을 확인하였다. 

자연임파구의 발생은 모든 임파구의 전구세포(CLP)가 자연임파구의 전구세포(CHILP)로 분화하고, ILCP라고 불리는 전구세포가 분화하는 단계를 지나 진행된다. 여기에서 자연임파구의 발생단계 중 어떤 과정에 E4BP4가 작용하는지를 상세히 해석하였다. 그 결과 E4BP4의 발현을 결손시킨 마우스에서는 CLP에서는 장애가 보이지 않았지만, CHILP로 분화한 이후에는 장애가 현저하게 보였다. ([그림]) 이로부터 E4BP4가 CHILP 이후의 타이밍에 작용한다는 것을 확인하였다. 

이어 어떤 인자가 E4BP4의 발현을 조절하는지를 검토하였다. CHILP의 임파구 증식에 관해서는 사이토카인(IL-7)에 반응하는 수용체를 발현한다는 것에서 그 효과를 검토한 결과 IL-7의 경우 CHILP에서 E4BP4/NFIL-3의 발현이 항진되는 움직임이 있다는 것을 확인하였다. 또한 이 수용체를 결손시킨 CHILP는 E4BP4를 발현할 수 없다는 점에서 IL-7이 E4BP4의 발현을 조절한다는 사실을 확인하였다.

또한 E4BP4가 결합한 유전자를 특정하여 CHILP의 어떤 유전자가 작용하는지를 해석하였다. 그 결과 CHILP의 핵 내에 몇 가지 유전자가 결합한다는 사실을 확인하였다. 이 유전자에 대해 E4BP4 유전자를 결손시킨 마우스에서 발현이 감소하는 유전자를 검색한 결과, ld2 유전자의 발현이 현저하게 감소한다는 사실을 확인하였다. ld2 유전자에서 만들어진 ld2는, E4BP4와 같은 모양의 유전인자로 세포의 분화를 억제하는 기능이 있다. ld2를 결손시킨 마우스는 CLP에 장애가 있는 것으로 알려져 있다. 이를 통해 연구진은 E4BP4가 자연임파구로의 분화를 조절한다는 것을 명확히 하였다. ([그림])

자연임파구의 구성 메커니즘의 일부를 밝혀냄으로써 향후 자연임파구의 발생제어를 통해 질병을 컨트롤할 수 있음을 시사하였다. 자연임파구의 ILC2는 IL-5나 IL-13을 생산하여 기생충에 대한 감염방어 및 알레르기 환자의 병태 형성에 기여하는 한편, ILC3은 장 점막고유층에 풍부하게 존재하고 항균 펩티드 생산을 유도하여 장내 세균의 장 항상성 유지에 작용하여 크론병과 같은 장 내에서 일어나는 만성염증질환과 관계가 있음을 확인하였다. 향후 자연임파구를 표적으로 하는 새로운 방법의 치료법의 개발이 기대되며, 이 세포에 관여하는 질환에 대해서도 원인과 증상에 관한 치료법을 고안할 수 있을 것이다.

본 연구성과의 자세한 내용은 3월 19일에 발행된 `Cell Report`지에 게재된 "NFIL3 Orchestrates the Emergence of Common Helper Innate Lymphoid Cell Precursors"에서 확인할 수 있다.