B-1 세포의 유지와 기능에서 Bach2 전사인자의 역할

Abstract

B-1 세포는 주로 복강과 흉강에 분포하는 태아 간(fetal liver) 유래 선천 B 세포로 생후 초기에 왕성히 발생된 이후엔 자기갱신(self-renewal)을 통해 세포군을 유지한다. B-1 세포는 T세포 비의존적 경로로 IgM 자연항체, IgG 자가항체 등을 분비하여 말초 조직의 면역 항상성 유지에 중요하다. 하지만, B-1 세포의 분화와 유지 기전에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. BTB and CNC homology 2 (Bach2)는 basic region-leucine zipper 계열에 속하는 전사 억제자로서 B-2 세포의 종자중심 반응과 형질세포 분화를 조절하는 것으로 잘 알려져 있으나, B-1 세포의 발생과 기능, 세포군 유지에 대해서는 알려진 바가 없다. 이 연구에서 B 세포 특이적 Bach2 결핍 생쥐인 Cd19cre/+Bach2fl/fl (Bach2 cKO)를 제작하고, 비장과 복강의 B-1 세포에서 Bach2의 역할을 조사하였다. Bach2 cKO 생쥐는 비장과 복강의 B-1 세포의 비율과 세포수의 감소를 보였다. 특히, 복강에서는 B-2 세포가 정상적 빈도를 보인 반면, B-1 세포수가 현저히 감소하였다. 이와 일치하게 Bach2 cKO 생쥐의 혈청에서 IgM 자연항체와 B-1 세포 특이적 항체인 항-phosphorylcholine IgM 항체의 역가가 감소하였다. 또한, T 세포 비의존적 항원으로 면역화 하였을 때 정상 생쥐에 비해 Bach2 cKO 생쥐의 혈청과 복강에서 항원 특이적 IgM의 역가가 유의하게 낮았다. B-1 세포의 발생 또는 세포군 형성에 Bach2가 관여하는지를 알아보기 위해 Bach2 cKO 생쥐의 태아 간세포를 Rag2 결핍 생쥐에 이식하여 키메라 생쥐를 제작하고 B-1 세포를 비장과 복강에서 분석하였다. Bach2 cKO 세포를 이식받은 키메라 생쥐에서 B-1 세포의 비율과 수가 유의하게 감소하였다. 일부 B-1 세포는 골수에서도 유래하기 때문에 골수세포 이식 실험도 동일하게 진행하였고, 태아 간 세포 이식과 같은 결과를 보였다. 생후 1일째와 18일째 생쥐의 간 및 골수에서 B-1 전구체 세포의 빈도는 Bach2 cKO와 정상 생쥐 간에 차이가 없었다. 따라서 Bach2가 B-1 세포의 발생 혹은 세포군 형성에 필요하지만, 발달초기과정에는 관여하지 않음을 보였다. Bach2 결핍이 B-1 세포 자기재생에 이상을 초래하는지 조사하기 위해, 정상 생쥐와 Bach2 cKO 생쥐의 B-1a 세포를 혼합하여, Rag2 결핍 생쥐의 복강에 이식하고 12주 뒤에 복강에서 그 비율을 분석하였다. 수여자 생쥐의 복강내에 정상 B-1 세포수는 증가한 반면, Bach2가 결핍 B-1 세포는 그 수가 현저히 감소되어 자기재생 능력에 결함이 있었다. Bach2 결핍 B-1 세포는 시험관 내에서 자극에 따른 증식 반응이 정상이었으나 세포자멸 반응이 증가하였다. 따라서, Bach2 결핍은 말초조직에 분포한 B-1 세포의 세포자멸을 촉진하여 세포군 유지능력을 저하하는 것으로 추정된다. 종합하면, 이 연구는 Bach2가 태아간과 골수에서의 B-1 세포의 초기 발생에는 필수적이지 않지만 말초조직에서 자기재생을 통한 세포군 유지에 필수적임을 밝히고 있다.|B-1 cells are largely derived from the fetal liver and are predominantly found in the peritoneal and pleural cavities. After developing during fetal and early postnatal stages, B-1 cell population was maintained through self-renewal. B-1 cells secrete T-independent antibodies, such as IgM natural antibodies and IgG autoantibodies, which play a crucial role in maintaining immune homeostasis in peripheral tissues. However, the mechanisms underlying the differentiation and maintenance of B-1 cells remain elusive. The transcriptional repressor BTB and CNC homology 2 (Bach2), belonging to the basic region-leucine zipper family, is well-known for regulating germinal center reactions and plasma cell differentiation of B-2 cells. However, its role in the development and function of B-1 cells remains unknown. In this study, we generated mice with B cell-specific Bach2 deficiency (Cd19cre/+Bach2fl/fl; Bach2 cKO) to investigate the role of Bach2 in B-1 cells. The Bach2 cKO mice exhibited a reduction in the proportion and number of B-1 cells in the spleen and peritoneal cavity. Particularly, B-1 cell numbers significantly decreased in the peritoneal cavity, while B-2 cell numbers remained comparable to those in normal mice. Consistent with this, titers of IgM natural antibodies and anti-phosphorylcholine IgM antibodies, B-1 cell-specific antibodies, decreased in the serum of Bach2 cKO mice. Furthermore, when immunized with T-independent antigens, Bach2 cKO mice showed significantly lower levels of antigen-specific IgM in the serum and peritoneal cavity compared to normal mice. To investigate whether Bach2 is involved in the development or population formation of B-1 cells, we generated chimeric mice by transplantation of fetal liver cells from Bach2 cKO and normal mice into Rag2-deficient mice respectively. Analysis of B-1 cells in the spleen and peritoneal cavity in these mice revealed a significant decrease in the proportion and number of B-1 cells in mice receiving Bach2 cKO cells. Since some B-1 cells also originate from bone marrow cells, we generated chimeric mice with bone marrow cell transplantation instead of fetal liver cell transplantation and obtained the same results. B-1 precursor cells in the liver and bone marrow of mice on postnatal days 1 and 18 populated normally in Bach2 cKO mice, suggesting Bach2 is not necessary for the development or maintenance of B-1 cells, it does not play a role in the early development of B-1 cells. To examine whether Bach2 deficiency impairs the self-renewal capacity of B-1 cells, we transplanted a mixture of wild type and Bach2 cKO B-1 cells into the peritoneal cavity of Rag2-deficient mice. The ratio of Bach2-deficient B-1 cells after 12 weeks significantly decreased in the peritoneal cavity, indicating impaired self-renewal. In in vitro experiments, Bach2-deficient B-1 cells normally proliferated but underwent apoptosis at higher level than wild type cells. In conclusion, Bach2 intrinsically regulates the survival of B-1 cells and is essential for maintaining cell populations through self-renewal.