HMGB1은 TLR4의 리간드인가? 2006년 Park 논문으로 본 TLR2·TLR4 직접 결합 증거

왜 이 논문이 중요한가

2006년 Park 등의 연구는 고이동성 그룹 박스 1 단백질(high mobility group box 1 protein, HMGB1)이 톨유사수용체 2(TLR2)와 톨유사수용체 4(TLR4)에 직접 결합할 수 있음을 비교적 명확하게 제시한 논문입니다.

이전에도 HMGB1이 염증 반응을 유도한다는 사실은 알려져 있었지만, 어떤 수용체와 물리적으로 상호작용하는지에 대한 직접 증거는 충분하지 않았습니다. 이 논문은 그 공백을 메우면서 TLR4-DAMP 축을 실험적으로 강화한 전환점으로 평가됩니다.

연구의 출발점: HMGB1은 어떤 분자인가

저자들은 HMGB1을 본래 핵 내 DNA 결합 단백질로 소개하면서, LPS나 TNF-a 자극 뒤에는 세포 밖으로 방출될 수 있다고 설명합니다. 또한 HMGB1은 괴사 상황에서 외부로 유리되고 NF-kB 활성화 및 염증성 사이토카인 유도에 관여하는 지연성 염증 매개자로 알려져 있습니다.

문제는 HMGB1 신호가 주로 RAGE를 통해 전달되는지, 아니면 TLR 계열을 통해 전달되는지 당시에는 완전히 정리되지 않았다는 점이었습니다.

FRET으로 확인한 HMGB1-TLR 상호작용

이 논문의 핵심 실험 중 하나는 형광 공명 에너지 전달(fluorescence resonance energy transfer, FRET) 분석입니다. FRET은 대략 1-10 nm 범위의 근접 상호작용을 검출할 수 있어, 세포막 수준의 단백질-단백질 결합 평가에 적합합니다.

저자들은 HMGB1 자극 후 TLR2 및 TLR4와의 FRET 신호가 빠르게 나타나고, 약 15분 부근에서 강해진 뒤 시간이 지나며 감소하는 양상을 보고했습니다. 반면 같은 조건에서 RAGE와의 FRET 신호는 뚜렷하지 않았습니다. 이 결과는 HMGB1이 최소한 TLR2와 TLR4에는 물리적으로 근접해 상호작용한다는 점을 지지합니다.

기능적 검증: NF-kB 리포터 반응

물리적 상호작용이 실제 신호 전달로 이어지는지 확인하기 위해, 연구진은 TLR2 또는 TLR4를 발현한 HEK-293 세포에서 NF-kB 리포터 반응을 측정했습니다. HEK-293은 기본 TLR2/4 발현이 낮아 수용체 특이성 평가에 유리합니다.

결과적으로 TLR2 발현 세포와 TLR4 발현 세포 모두에서 HMGB1 자극 후 NF-kB 활성 증가가 관찰되었습니다. 두 수용체를 함께 발현했을 때 반응이 더 커지는 양상도 제시되었습니다. 즉, HMGB1은 TLR2와 TLR4를 모두 통해 기능적 신호를 유도할 수 있다는 해석이 가능합니다.

면역침강으로 본 결합 복합체

면역침강(immunoprecipitation) 실험에서도 유사한 결과가 제시됩니다. anti-HMGB1 항체로 복합체를 당겼을 때 TLR2와 TLR4가 함께 검출되었고, 결합 신호는 초기 시간대(대략 5-15분)에서 강했습니다. 이 결과는 FRET 및 리포터 분석과 방향성이 일치합니다.

이 논문이 남긴 면역학적 의미

이 연구는 HMGB1이 TLR4뿐 아니라 TLR2와도 상호작용할 수 있음을 보여주며, TLR4를 "병원체 분자 전용 수용체"로 보던 관점을 확장합니다. 즉, TLR4는 외인성 PAMP뿐 아니라 내인성 손상 신호(DAMP) 인식에도 관여할 수 있다는 점이 더 설득력 있게 제시되었습니다.

또한 HMGB1 반응은 LPS 반응과 유사한 면도 있지만 동일하지는 않으며, 리간드별로 TLR 신호의 질이 달라질 수 있다는 관점도 함께 강화되었습니다.

결론

2006년 Park 등의 논문은 HMGB1과 TLR2/TLR4의 직접 상호작용을 FRET, NF-kB 리포터, 면역침강으로 교차 검증한 핵심 연구입니다. 이 논문은 TLR4-DAMP 개념을 가설 수준에서 실험 근거 중심으로 끌어올린 중요한 이정표로 볼 수 있습니다.

참고문헌

Park, Jong Sung, et al. “High Mobility Group Box 1 Protein Interacts with Multiple Toll-Like Receptors.” American Journal of Physiology Cell Physiology, vol. 290, no. 3, 2006, pp. C917-C924. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00401.2005.

Scaffidi, Paola, Tom Misteli, and Marco E. Bianchi. “Release of Chromatin Protein HMGB1 by Necrotic Cells Triggers Inflammation.” Nature, vol. 418, 2002, pp. 191-195.

Wang, Haichao, et al. “HMG-1 as a Late Mediator of Endotoxin Lethality in Mice.” Science, vol. 285, 1999, pp. 248-251.