Anti-fibrotic effect of a modified form of milk fat globule-epidermal growth factor 8 (MFG-E8) protein in Liver and Pulmonary Fibrosis
- 주제(키워드) MFG-E8 , Fibrosis
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 김종훈
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 대학원 생명공학과
- 세부전공 분자생체공학전공
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 158 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000269199
- UCI I804:11009-000000269199
- DOI 10.23186/korea.000000269199.11009.0001381
- 본문언어 영어
초록/요약
Fibrosis, a common pathological process of many chronic inflammations, is the excessive accumulation of extracellular matrix (ECM) components, such as collagen and vitronectin, which causes permanent scarring in the damaged tissues. Although fibrosis is a major factor of morbidity and mortality in most chronic diseases, including liver and lung diseases, currently, only few strategies target the fibrogenesis of the diseases. Thus, developing efficacious therapeutics is strongly required. Milk fat globule-epidermal growth factor 8 (MFG-E8) protein plays an immunomodulatory role in the pathogenesis of various diseases. I previously demonstrated that it also has anti-fibrotic effects in the liver disease animal model. Furthermore, it binds directly to collagen or promotes collagen uptake by macrophages in bleomycin (BLM)-induced idiopathic pulmonary fibrosis animal models. In this study, I present a truncated MFG-E8 that has an advanced therapeutic benefit in fibrotic disease models. The improved therapeutic potential of modified MFG-E8 was demonstrated in liver and pulmonary fibrosis animal models and further demonstrated in human liver spheroid and alveolar organoid models. Moreover, I found that the truncated MFG-E8 suppressed transforming growth factor β signaling and deactivated hepatic stellate cell proliferation in liver disease, while suppressing the phosphorylation of extracellular signal-related kinase and inhibiting fibroblast-to-myofibroblast transition in lung disease. Furthermore, it interacted with macrophages in both liver and lung fibrosis models and accelerated collagen uptake for eliminating accumulated collagens in fibrotic disease environment. In conclusion, modified MFG-E8 is a promising new therapeutic strategy for treating liver and lung fibrotic diseases.
more초록/요약
섬유증은 다양한 만성 질환에서 흔하게 나타나는 병리학적 증상이며, 콜라겐과 피브로넥틴, 비트로넥틴 등과 같은 세포외 기질(ECM)이 과도하게 축적되어 손상된 조직의 일부가 굳어가면서 영구적인 흉터가 생기는 것으로 정의된다. 섬유증은 간섬유화증과 폐섬유화증이 대표적이며, 대부분의 만성 질환에서 중증 질병율과 사망률의 주요 요인으로 인식되어 왔지만, 현재까지 섬유화 질환의 증세를 완치하는 방법은 없으며, 섬유화가 진행된 조직을 정상조직으로 돌리는 것을 목표로 하는 신약 개발은 거의 없다. 따라서 효과적인 치료제 개발이 강하게 요구되고 있다. MFG-E8 단백질은 각종 질환의 원인이 될 수 있는 염증반응 및 염증질환, 자가면역질환에서 대식세포와 같은 식세포와 죽은 세포들을 연결해 주는 가교역할을 하여 죽은 세포들의 클리어런스를 통해 염증반응과 면역질환에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 또한 앞선 연구 들에서 MFG-E8이 간 섬유화증을 유도시킨 Thioacetamide(TAA) 동물모델에서 세포외 기질(ECM)의 과다 축적을 막는 것을 Sirius red 염색을 통하여 확인하였으며, TGF-β1 신호전달체계를 억제함으로써 항섬유화 효과를 나타낸다는 것이 확인된 바 있으며, 특발성 폐 섬유화증 유도 모델인 Bleomycin(BLM) 동물모델에서도 MFG-E8이 콜라겐에 직접 결합하거나 대식세포에 의한 콜라겐 흡수를 촉진하여 항섬유화 효능을 나타내는 것으로 보고되었다. 그러나 MFG-E8 단백질은 치료제로서 개발 시 고려해야 될 몇 가지 단점이 보고된 바 있다. 첫째로, 아밀로이드(amyloids)의 일종인 메딘(Medin) 부위를 포함하고 있는데, 이는 혈관 성 치매나 제2 당뇨병의 발병과 관련이 있다. 또한 글리코실화 구조를 많이 포함하고 있어 세포외 기질과의 결합을 방해받을 여지가 많다는 점이 대표적이다. 이러한 단점들을 개선하고 치료 이점을 증가시킨 개선된 MFG-E8을 구조적 변형을 통해 제시하였다. 변형 MFG-E8의 향상된 항섬유화 효능은 간 섬유화 및 폐 섬유화 동물 모델에서 확인하였으며, 인간 오가노이드 모델을 통해 검증하였다. 간 섬유화증 모델에서는 기존 MFG-E8과 비교하여 변형 MFG-E8이 간 조직에서 Collagen 1A1, 1A2의 유전자 발현 및 섬유화 면적의 감소가 개선됨을 확인하였고, 다양한 용량 및 용법에서 효능을 검증하였다. 또한 간 섬유화증에서의 변형 MFG-E8은 TGFβ-Smad 신호전달을 억제하고 인테그린 β3, β5와 결합을 통해 TGFβ 리셉터와의 상관관계를 방해함으로써 섬유화 기전을 억제하는 것으로 확인하였다. 다음 폐 섬유화증 모델에서는 변형 MFG-E8의 항섬유화능을 평가하기 위해 먼저 인간 오가노이드 폐섬유화 모델을 확립하였으며, 변형 MFG-E8이 α-SMA 등 섬유화 지표들을 감소시키고 섬유화 면적을 감소시키는 것을 확인하였으며, 투여 용법에 따른 항섬유화 효과를 검증하고 기존 치료제들인 닌테다닙과 피르페니돈과의 항섬유화능을 비교함으로써 치료제로서의 개발 가능성을 확인하였다. 폐 섬유화증에서는 간 섬유화증과는 다른 양상으로서 기전에서 TGFβ-Smad 신호전달 보다는 TGFβ-ERK 신호전달을 억제함으로써 항섬유화 효능을 나타내는 것으로 확인하였으며, 변형 MFG-E8 투여군에서 질환부위의 대식세포가 세포 외 기질을 분해하는 것을 도와주는 역할을 한다는 것을 확인하였다. 결론적으로 이 구조적으로 변형된 MFG-E8은 기존 MFG-E8과 비해 간 및 폐 섬유화증에서 개선된 항섬유화 효능과 치료제로서의 단점을 보완한 새로운 치료제로서 가능성을 제시하였다.
more목차
Abstract Ⅰ
Contents Ⅲ
List of Figures Ⅴ
List of Tables Ⅸ
Chapter 1. Literature Review 1
1-1. Fibrotic disease 2
1-2. Liver fibrosis 11
1-3. Idiopathic Pulmonary fibrosis 18
1-4. Milk fat globule-epidermal growth factor 8 27
1-5. Reference 32
Chapter 2. Therapeutic effect of a modified form of milk fat globule-epithelial growth factor 8 (MFG-E8) protein in liver fibrosis 38
2-1. Introduction 39
2-2. Materials and methods 41
2-3. Results 55
2-4. Discussion 79
2.5. Acknowledgments 82
2.6. Reference 83
Chapter 2. Proof of anti-fibrotic potential of truncated MFG-E8 protein in pulmonary disease mice and human alveolar organoid models 92
3-1. Introduction 93
3-2. Materials and methods 96
3-3. Results 110
3-4. Discussion 133
3.5. Acknowledgments 136
3.6. Reference 137
국문요약 143
