Inflammation induced by Fc region of internalizing anti-DNA antibody

Abstract

Conventionally, the extracellular effector functions of antibody are mediated by the Fc regions of immunoglobulin (Ig) molecules. Recently, however, intracellular effector functions of antibodies have been reported. After the antibody-virus complex enters the cytosol, the complex can be detected by an intracellular Fc receptor (tripartite motif-containing 21, TRIM21), leading to the degradation of the virus and activation of transcription factors related to the immune response. A subset of anti-DNA IgG autoantibodies termed internalizing IgGs naturally enter living cells without the formation of immune complexes. We investigated the cytokine response to internalizing antibody, chimeric 3D8 IgG. Treatment of 3D8 IgG and 3D8 single-chain variable fragment-Fc (scFv-Fc) induced production of the pro-inflammatory cytokines interleukin-8 (IL-8) and tumor necrosis factor alpha (TNF-α) in human monocytes. In contrast, 3D8 scFv composed of only variable domains did not. The 3D8 IgG N434D mutant that was incapable of binding to the TRIM21 displayed increased cytokine production compared to 3D8 IgG. In addition, the production of 3D8 IgG-induced cytokines was greater in TRIM21-knockdown THP-1 cells than in control cells, indicating that cytokine signaling is not mediated by TRIM21. 3D8 IgG is involved in the de-ubiquitination of TRIM21 and consequently decreases the production of pro-inflammatory cytokines. Unlike the DNA/anti-DNA antibody immune complex, 3D8 IgG was internalized into the cell via clathrin-mediated endocytosis using heparin sulfate proteoglycan (HSPG) and chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG) surface receptors. The results demonstrate that the 3D8 IgG internalizing antibody induces the production of IL-8 and TNF-α in Fc-dependent manner, but not depending on DNA-binding activity by the variable region of the intracellular Fc receptor. TRIM21 negatively regulates the immune response by 3D8 IgG. We suggest that an as-yet unknown Fc-interacting molecule induces the secretion of pro-inflammatory cytokines. The present data provide a new insight into the pathogenesis of autoimmune diseases.

항체의 세포 외부 기능은 면역 글로불린 (Ig) 분자의 Fc 영역에 의해 매개된다고 일반적으로 알려져 있으나, 최근에는 항체의 세포 내 기능에 대해 연구가 진행되고 있다. 항체-바이러스 복합체가 세포질에 들어간 후에, 세포 내 Fc 수용체인 TRIM21에 의해 인지되며, 바이러스의 분해 및 면역 반응과 관련된 전사 인자의 활성화를 유도한다. 세포 내로 유입될 수 있는 항-DNA IgG는 자가 항체의 한 종류로서 면역 복합체의 형성없이 자연적으로 살아있는 세포로 들어간다. 본 연구는 항체-바이러스 복합체와 달리 항체 단독으로 들어갈 수 있는 세포유입성 항-DNA 항체가 세포 내에서 TRIM21과 같은 세포 내 Fc 수용체를 매개로 하는 염증반응을 일으키는지 조사하고 그 기전에 대해 알아보고자 하였다. 세포유입성 항체인 3D8 IgG에 대한 다양한 세포에서의 사이토카인 반응을 조사 한 결과 3D8 IgG 및 3D8 단일사슬항체조각-Fc (scFv-Fc) 융합 단백질은 인간 단핵구에서 전 염증성 사이토 카인인 IL-8과 TNF-α의 생산을 유도 하였으나, 가변 부위로만 구성된 3D8 scFv는 사이토카인의 생성을 유도하지 않았다. TRIM21에 결합 할 수 없는 3D8 IgG N434D는 3D8 IgG와 비교하여 사이토카인의 생성을 증가시켰으며, 3D8 IgG 은 대조군 세포에서 TRIM21-넉다운 THP-1 세포에서 사이토카인을 더 많이 분비시켰다. 이는 사이토카인 신호 전달이 TRIM21에 의해 매개되지 않음을 나타낸다. 3D8 IgG는 TRIM21의 유비퀴틴 제거에 관여하고 결과적으로 염증성 사이토카인의 생산을 감소시킴으로 음성 조절자로서의 역할을 수행한다. DNA/항-DNA 항체 면역복합체와 달리 3D8 IgG는 heparin sulfate proteoglycan (HSPG)과 chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG) 표면 수용체를 사용하여 clathrin-매개 endocytosis를 통해 세포 내로 유입되었다. 결과를 토대로 TRIM21이 아닌 알려지지 않은 세포 내 Fc 수용체가 3D8 IgG에 반응하여 전 염증성 사이토 카인의 분비를 유도함을 밝혀냈다, 항-DNA 항체가 관련되어있는 자가 면역 질환인 전신성 홍반성 낭창 (SLE)의 병인 기전 연구에 새로운 병인기전을 제시할 수 있을것이다.