페롭토시스 연관 세포외소포-매개 대식세포 활성화 기전에 관한 연구
Studies on Ferroptotic EV-Mediated Macrophage Activation
- 주제(키워드) 페롭토시스 , 세포외소포 , 인플라마좀 , Gasdermin E (GSDME) , 단일 세포 RNA 시퀀싱
- 주제(DDC) 570
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 최용준
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 의생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036004
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
페롭토시스는 철 의존성 지질 과산화와 항산화 시스템의 붕괴로 유도되는 세포 사멸 경로로, 활성 산소종과 산화된 인지질이 비가역적으로 축적되며 세포막 무결성과 투과성이 손상된다. 이러한 막 손상은 세포 내용물의 유출과 함께 주변 조직 미세환경의 염증 반응을 촉진하며, 다양한 선천면역 신호 전달 경로를 변화시키는 중요한 요인으로 작용한다. 그러나 페롭토시스 과정에서 방출되는 EV의 기능과 선천면역 세포에서의 신호 조절 기전은 충분히 규명되지 않았다. Gasdermin E (GSDME)는 전통적으로 아폽토시스와 파이롭토시스를 매개하는 인자로 알려져 있으나, GSDME가 페롭토시스 유래 EV의 방출 또는 면역 조절 기능에 미치는 영향은 거의 보고된 바가 없다. 본 연구에서는 페롭토시스 유래 EV가 마우스 골수 유래 대식세포의 선천면역 반응을 강하게 유도하고, NLRP3 인플라마좀의 프라이밍 및 활성을 촉진하여 pro-caspase-1의 활성화, gasdermin D 절단, IL-1β 성숙 등 전형적인 인플라마좀 반응을 유발함을 확인하였다. 또한 GSDME 과발현 세포에서 페롭토시스를 유도할 경우 EV의 cargo가 변화하며, 이러한 EV는 더욱 강한 NLRP3 인플라마좀 활성을 유발하였다. 나아가, 단일 세포 RNA 시퀀싱을 통해 생체 내 간 조직에서 EV 투여 후 시간 의존적 전사체 변화를 분석한 결과, 8시간 시점에서는 급성 염증 및 방어 기전의 활성화와 대사 기능의 억제가 관찰되었고, 48시간 시점에서는 단백질 번역 및 리보솜 생합성 기전의 활성화와 함께 염증 반응이 조절되는 방향의 전사체 재편이 나타났다. 종합적으로 본 연구는 페롭토시스 유래 EV가 대식세포의 NLRP3 인플라마좀을 활성화하고 생체 조직 내에서 시간 의존적 전사체 재프로그래밍을 동반함을 제시하며, GSDME가 이러한 반응의 강도와 EV 구성에 영향을 미치는 핵심 분자임을 보여준다.
more초록/요약
Ferroptosis is an iron-dependent form of regulated cell death driven by excessive lipid peroxidation and the collapse of antioxidant defenses, leading to the irreversible accumulation of reactive oxygen species and oxidized phospholipids and, consequently, severe disruption of membrane integrity and permeability. Such membrane injury promotes inflammatory responses in the surrounding tissue microenvironment through the leakage of intracellular components and can reshape multiple innate immune signaling pathways. However, the immunological functions of extracellular vesicles (EVs) released during ferroptosis and the mechanisms by which they modulate signaling in innate immune cells remain insufficiently defined. Gasdermin E (GSDME), traditionally recognized as a mediator of apoptosis and pyroptosis, has also been scarcely investigated in the context of EV release or immune regulation during ferroptosis. Here, we show that ferroptosis-derived EVs robustly activate innate immune responses in mouse bone marrow–derived macrophages. These EVs enhance both the priming and activation of the NLRP3 inflammasome, resulting in canonical inflammasome outcomes including pro-caspase-1 activation, gasdermin D cleavage, and IL-1β maturation. Moreover, inducing ferroptosis in GSDME-overexpressing cells alters the cargo composition of released EVs, and these EVs elicit even stronger NLRP3 inflammasome activation. Single-cell RNA sequencing of mouse liver following EV administration further reveals time-dependent transcriptomic remodeling, demonstrating that at 8 h, acute inflammatory/defense programs are enriched alongside the suppression of metabolic pathways, whereas at 48 h, translation and ribosome biogenesis programs are enriched with the concurrent emergence of immune regulatory signatures. Collectively, these findings suggest that ferroptosis-derived EVs act as potent immunomodulatory signals that activate the macrophage NLRP3 inflammasome and drive time-dependent transcriptional reprogramming in vivo, and identify GSDME as a key determinant of EV composition and the magnitude of innate immune activation.
more목차
I. 서론 1
II. 재료 및 방법 6
A. 세포 배양 및 물질 처리 (Cell Culture and Treatments) 6
B. 렌티바이러스 기반 안정적 세포주 생성 (Generation of Stable Cell Line via Lentiviral Transduction) 7
C. 세포외소포의 분별 원심분리 (Differential Centrifugation of EV) 7
D. 크기 배제 크로마토그래피 (Size Exclusion Chromatography, SEC) 8
E. 나노 입자 추적 분석 (Nanoparticle Tracking Analysis, NTA) 9
F. 세포 용해물과 웨스턴 블랏 분석 및 항체 (Cell Lysate, Western Blot, and Antibodies) 9
G. 실시간 중합 효소 연쇄 반응 (Real-time Polymerase Chain Reaction, Real-time PCR) 11
H. 마우스 간에서의 간세포와 비실질 세포의 분리 및 정제 (Purification of Hepatocytes and Non-Parenchymal Cells from Mouse Liver) 12
I. 단일 세포 RNA 시퀀싱 (Single-Cell RNA Sequencing, scRNA-seq) 13
J. 통계적 분석 (Statistical Analyses) 14
III. 결과 15
A. 페롭토시스 유도 시 방출되는 EV 의 종류별 함량 15
B. 페롭토시스 유래 EV 가 마우스 골수 유래 대식세포의 mRNA 발현에 미치는 영향 17
C. 세포사멸 유래 EV 에 의한 대식세포의 염증 관련 유전자 mRNA 발현 변화 21
D. EV 의 단일 입자당 단백질 함량 및 동일 입자 수 처리 시 대식세포의 mRNA 발현 변화 24
E. 페롭토시스 유래 EV 의 시간에 따른 대식세포 인플라마좀 활성에 미치는 영향 평가 28
F. 페롭토시스 유래 EV 에 의한 NLRP3 의존적 인플라마좀 활성 30
G. GSDME 활성화가 페롭토시스 유래 EV 의 NLRP3 인플라마좀 활성에 미치는 영향 32
H. 페롭토시스 유래 EV 투여 마우스 간세포의 단일 세포 RNA 시퀀싱 데이터의 품질 관리 34
I. 통합 분석을 통한 마우스 간 조직의 단일 세포 지도 구축 및 세포 유형 주석 37
J. 페롭토시스 유래 EV 투여에 따른 간 조직 내 세포 유형별 시간 의존적 차등 발현 유전자 분석 42
K. GO 및 GSEA 기반의 세포 유형별 기능 분석 46
IV. 고찰 51
V. 참고문헌 55
Abstract 61
