Neisseria meningitidis 유도만능줄기세포 유래 뇌내피세포의 감염

혈액-뇌 장벽(BBB)과 수막 혈액-CSF 장벽(mBCSFB)은 중추신경계(CNS)에서 순환을 분리하는 매우 단단한 세포 장벽이며 주로 고도로 전문화된 뇌 내피 세포(BEC)로 구성되어 있습니다^1,2. BEC는 뇌 안팎의 영양소와 노폐물을 조절하고 많은 독소, 약물 및 병원균을 배제하여 적절한 뇌 항상성을 유지합니다 ^1,2. 세균성 뇌수막염은 혈액 매개 박테리아가 BEC에 의해 형성된 장벽과 상호 작용하고 이를 뚫고 들어가 염증을 일으킬 때 발생합니다. Neisseria meningitidis(Nm, 수막구균)는 건강한 사람의 10-10%의 비염을 집락화하는 그람 음성 박테리아이지만 경우에 따라 심각한 전신 질환을 유발할 수 있습니다³. 영향을 받은 개인에서 Nm은 자반증을 유발할 수 있는 혈류에 접근할 수 있을 뿐만 아니라 BEC를 관통하여 뇌수막염을 유발하는 중추신경계에 접근할 수 있다³. Nm은 전 세계적으로 세균성 뇌수막염의 주요 원인이며, 백신 접종 노력에도 불구하고 여전히 뇌수막염의 주요 원인이다⁴. 항생제 치료와 같은 현대 의학적 개입으로 이러한 질환은 생존할 수 있게 되었지만, 뇌수막염에 걸린 사람들은 종종 영구적인 신경학적 손상을 입게 된다 ^5,6.

이전 연구에서는 Nm-BEC 상호 작용에 기여하는 박테리아 요인 및 숙주 신호 전달을 확인했습니다 7,8,9,10,11. CD147과 같은 수용체뿐만 아니라 불투명도 단백질 Opc 및 type-IV pili와 같은 확인된 부착 및 침습은 다양한 BEC 모델에서 시험관 내에서 수행되었지만 이러한 모델에는 BBB 특성을 정의하는 많은 것이 부족합니다 7,9,11,12. Nm-BEC 상호 작용에 대한 완전한 이해는 부분적으로 in vivo 모델을 활용할 수 없고, 불완전한 백신 보호 및 in vitro에서 강력한 인간 BEC 모델의 부족으로 인해 여전히 어렵습니다.

시험관 내 hBEC를 모델링하는 것은 BEC의 고유한 특성으로 인해 어려운 일이었습니다. 말초 내피 세포와 비교하여, BEC는 복잡한 밀착 접합부로 인한 높은 경내피 전기 저항(trans-endothelial electrical resistance, TEER)과 같은 장벽 특성을 강화하는 다수의 표현형을 가지고 있다¹². 일단 뇌 미세환경으로부터 제거되면, BEC는 그들의 장벽 특성을 빠르게 상실하여 약한 장벽만을 형성하는 1차 또는 불멸화된 시험관 내 모델의 유용성을 제한한다^12,13. Nm 감염의 인체 특이성, 강력한 in vivo 모델의 부족, in vitro에서 인간 BEC를 모델링하는 데 어려움이 결합되어 Nm과 BEC 간의 복잡한 숙주-병원체 상호 작용을 이해하기 위한 더 나은 모델이 필요합니다. 최근에는 모델 인간 유도만능줄기세포(iPSC) 기술을 사용하여 생체 내 BEC를 더 잘 모방하는 iPSC로부터 BEC 유사 세포를 유도했습니다 ^12,13,14,15. iPSC-BEC는 인간에서 유래하고, 쉽게 확장할 수 있으며, 1차 또는 불멸 표현형에 비해 예상되는 BEC 표현형을 가지고 있습니다^12,13,14,15. 또한, iPSC-BEC가 숙주-병원체 상호작용, 헌팅턴병, 앨런-허른던-더들리 증후군을 유발하는 MCT8 결핍과 같은 중추신경계의 다양한 질병을 모델링하는 데 유용하다는 것을 입증했습니다 16,17,18,19,20,21. 여기서는 재생 가능한 iPSC 공급원에서 iPSC-BEC를 유도하는 방법과 Nm에 의한 iPSC-BEC의 감염이 선천성 면역 반응의 활성화를 유도하는 방법을 보여줍니다. 우리는 이 모델이 다른 in vitro 모델에서 재현할 수 없는 숙주-병원체 상호작용을 조사하는 데 유용하며 Nm과 같은 인간 특이적 병원체와의 상호작용을 검사할 때 특히 유용하다고 믿습니다.