Promotion of TIM-3 Expression in a Human T Cell line by Tumor-Conditioned Media

Abstract

T cell immunoglobulin- and mucin-domain-containing molecule-3 (TIM-3) is well known as one of the immune check point molecules. TIM-3 expressed on Th1 cells negatively regulates Th1 cell functions. TIM-3 expression is induced on exhausted T cells and senescent T cells in various diseases including autoimmune diseases, inflammatory diseases and cancers. However, the regulatory mechanism of TIM-3 expression in immune disorders has not been explored. Therefore, I wanted to investigate the regulatory mechanism of TIM-3 expression in a human T cell line cultured in the condition mimicking tumor microenvironment. TIM-3 mRNA and protein levels were promoted in Jurkat T cells cultured in tumor cell conditioned media (CM) or stimulated with agent elevating intracellular cyclic adenosine monophosphate (cAMP) concentration. Activation of protein kinase A (PKA) and exchange protein directly activated by cAMP (Epac), molecules involved in cAMP downstream pathway, also increased TIM-3 expression in Jurkat T cells. Especially, inhibition of PKA pathway attenuated tumor CM-induced TIM-3 expression as well as cAMP-induced TIM-3 expression. Prostaglandin E2 (PGE2) which elevates intracellular cAMP levels, increased in tumor CM and slightly up-regulated TIM-3 expression in Jurkat T cells, however, tumor CM- induced TIM-3 expression was not affected by treatment with antagonist to PGE2 receptors. On the other hand, cAMP responsiveness of TIM-3 minimal promoter was shown. Collectively, this study demonstrates that TIM-3 expression is enhanced by incubation of Jurkat T cells in tumor CM or activation of cAMP/PKA/Epac pathway. These results provide insights to the regulation of TIM-3 expression in tumor and these insights could serve as the foundation for developing an approach for regulation of TIM-3 expression.

T cell immunoglobulin- and mucin-domain-containing molecule (TIM)-3는 TIM family에 속하며 다양한 면역 세포에서 발현하는 면역 억제 분자로 잘 알려져 있다. TIM-3가 발현되는 T 세포는 정상적 기능에 장애를 보인다. 또한, 자가 면역 질환이나 암과 같은 면역 질환에서 높은 빈도로 관찰되는 exhausted T 세포와 노화 T 세포에서 TIM-3 발현이 증가됨이 보고되었다. 그러나 현재까지 종양 환경에서 TIM-3 발현 조절 기작은 잘 밝혀져 있지 않다. 본 연구는 종양 환경에서 T 세포의 TIM-3 발현 변화와 조절 기작에 대해 조사하였다. 종양 세포의 배양액에 T 세포를 배양하였을 때 TIM-3 의 전사체와 단백질 발현이 증가되는 것을 관찰하였다. 또한 종양 환경에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 cAMP 농도 증가에 의해서도 TIM-3의 발현이 증가되는 것을 확인하였다. cAMP의 하부 신호전달 체계인 PKA와 Epac 경로의 활성에 의해 TIM-3 발현이 증가하였으며, 특히 PKA 신호 전달 경로를 억제했을 때 cAMP 자극 또는 종양 세포 배양액에 배양함에 의해 증가되었던 TIM-3 발현 정도가 억제되는 것이 관찰되었다. 세포 내 cAMP 신호전달 체계를 활성화 시키며 암환자에서 농도가 증가되어 있는 PGE2가 본 연구에서 사용한 종양세포 배양액에서도 증가하였으나 PGE2 수용체 차단제가 종양세포 배양액에 의한 TIM-3 발현 변화에 영향을 미치지 않았다. 한편으로, TIM-3 promoter 290 bp 부분이 세포 내 cAMP 농도 증가에 의한 전사 활성에 관여하는 것으로 분석되었다. 요약하면, T 세포에서 TIM-3의 발현이 종양 세포 배양액 내 배양 또는 세포 내 cAMP 농도 증가에 의해 증가됨이 관찰되었고 이러한 발현 증가에 PKA 경로가 관여하지만 PGE2의 관여 가능성은 낮은 것을 보여주었다. 종양 환경에서 TIM-3 분자 발현 조절 기전과 연관된 본 연구 결과는 나아가 TIM-3에 의한 종양 면역 조절 이해에 도움을 줄 것이다.