본 프로토콜은 인간 기도 상피 세포에서 안정적인 STAT6 루시퍼레이스 리포터 분석법의 구축 및 검증 방법을 설명합니다. 이 방법은 통제된 in vitro 조건 하에서 STAT6 활성을 조절하는 환경 독성 물질 및 대기 오염 성분을 효율적으로 스크리닝할 수 있게 합니다.
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본 프로토콜은 인간 기도 상피 세포에서 안정적인 STAT6 루시퍼레이스 리포터 분석법의 구축 및 검증 방법을 설명합니다. 이 방법은 통제된 in vitro 조건 하에서 STAT6 활성을 조절하는 환경 독성 물질 및 대기 오염 성분을 효율적으로 스크리닝할 수 있게 합니다.
대기 오염과 관련된 알레르기성 기도 염증은 점차 심각해지는 공중 보건 문제입니다. 알레르기성 기도 염증의 핵심 매개체인 Signal Transducer and Activator of Transcription 6 (STAT6) 경로를 활성화하는 Interleukin‑4 (IL‑4)와 interleukin‑13 (IL‑13)은 오염 물질의 호흡기 독성을 조절할 수 있습니다. 본 연구에서는 STAT6 신호 전달을 조절하는 환경 독성 물질을 평가하기 위해 인간 기도 상피 세포에서 안정적인 STAT6 루시퍼레이즈 리포터 분석법을 구축하고 검증하는 방법을 설명합니다. 인간 기관지 상피 16HBE14o− 세포에 렌티바이러스 벡터를 사용하여 STAT6 반응성 루시퍼레이즈 리포터를 형질도입하였으며, 이후 puromycin 선택 및 감염 다중도(multiplicity of infection)를 최적화하고 한계 희석법을 통해 단일 클론을 분리하였습니다. 연속 계대 배양 후에도 강력하고 재현 가능한 유도를 보이는 안정적인 클론을 선택하였습니다. 리포터의 반응성은 IL-4/IL-13 자극을 통해 검증하였으며, STAT6 의존성은 선택적 STAT6, STAT5 및 STAT3 억제제를 사용하여 확인하였습니다. 분석 성능은 Z′-factor 분석으로 정량화하였으며, 이를 통해 재현 가능한 신호 분리가 가능함을 확인하였습니다. 나아가 본 분석법을 개별 대기 오염 성분에 적용한 결과, benzo[b]fluoranthene과 미세먼지가 STAT6 리포터 활성을 유의하게 증가시켰습니다. 이 방법은 기도 상피 세포에서 STAT6 활성을 측정하고 알레르기성 기도 신호 전달을 조절하는 환경 독성 물질의 우선순위를 정하는 데 유용한 확장 가능한 접근 방식을 제공합니다.
대기 오염은 심각한 건강 영향과 사회경제적 파급 효과를 동반하며, 전 세계적으로 가장 시급한 공중 보건 과제 중 하나입니다. 현재 대기 오염은 연간 810만 명의 사망자를 발생시키는 두 번째로 주요한 사망 위험 요인으로 꼽힙니다1,2,3. 공기 중 오염 물질 중에서 직경 2.5 µm 미만의 미세먼지(PM2.5)는 호흡기 깊숙이 침투할 수 있는 능력 때문에 가장 큰 건강 위험을 초래합니다4,5. PM2.5 노출 증가와 폐 기능 저하 및 호흡기 질환으로 인한 입원율 증가 사이에는 일관된 연관성이 있음이 밝혀졌습니다6. 천식, 알레르기성 비염, 아토피 피부염을 포함한 알레르기성 염증성 질환의 유병률은 전 세계적으로 증가하고 있으며, 특히 오염이 심한 거대 도시에서 불균형적으로 높게 나타납니다4.
아토피성 천식과 같은 알레르기성 기도 질환은 주로 인터루킨-4 (IL-4) 및 인터루킨-13 (IL-13) 사이토카인의 수치 상승과 신호 전달 및 전사 활성화 인자 6 (STAT6) 신호 전달 경로의 활성화를 특징으로 하는 제2형 염증 반응에 의해 매개됩니다7. 기도 상피 세포에서 IL-4 및 IL-13에 의해 유도되는 STAT6의 인산화는 점액 과분비와 상피 장벽 붕괴를 촉진하며, 이는 STAT6가 알레르기성 기도 병리의 핵심 매개체이자 관련 치료 표적임을 시사합니다8,9. 마우스 모델의 실험적 증거에 따르면 PM2.5와 이산화황에 노출될 경우 STAT6 신호 전달이 증강되고 알레르기성 기도 염증이 악화되는 것으로 나타났습니다10,11. 그러나 개별 대기 오염 성분이 인간 기도 상피 세포에서 STAT6의 전사 활성을 직접적으로 조절하는지 여부는 아직 체계적으로 평가되지 않았습니다.
대기 오염은 미세먼지, 다환방향족탄화수소(PAHs), 중금속 및 무기염을 포함한 화학적으로 복잡한 성분들의 혼합물로 구성되어 있으며, 이러한 개별 성분들이 기도 STAT6 활성화에 기여하는 정도는 아직 명확하게 정의되지 않았습니다12,13. 종말점 인산화 분석이나 일시적 형질전환 기반 리포터 시스템과 같이 기도 상피 세포에서 STAT6 활성을 측정하는 현재의 방법론들은 대규모 화학 물질 스크리닝에 적합하지 않습니다. 따라서 인간 기도 상피 세포 내에 안정적인 세포 기반 STAT6 리포터 플랫폼을 구축한다면, 알레르기성 기도 신호를 조절하는 오염 유래 화합물을 식별할 수 있는 확장 가능한 도구를 제공할 수 있을 것입니다. 본 프로토콜에서는 16HBE14o− 기도 상피 세포에서 안정적인 STAT6 루시퍼레이즈 리포터 분석법의 개발 및 검증 과정을 설명하며, 이를 통해 환경 시료 및 개별 화학 독성 물질의 체계적인 스크리닝을 위한 STAT6 활성의 정량적 평가가 가능해집니다.
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본 연구에서는 기성 16HBE14o− 인간 기관지 상피 세포주를 사용하였으므로, 인간 대상자 윤리 승인은 해당되지 않습니다.
1. 16HBE14o 생성− STAT6 활성 리포터를 안정적으로 발현하는 세포
참고: 그림 1에서 전체 워크플로의 개요를 확인할 수 있습니다.








2. STAT6 활성 리포터 분석법의 구축 및 검증
참고: 그림 2에서 워크플로의 개요를 확인할 수 있습니다.





3. 환경 독성 물질 스크리닝을 위한 STAT6 리포터 분석의 응용
주의: 다환 방향족 탄화수소와 중금속 염은 독성 및 잠재적 발암 물질로 취급하십시오. 적절한 개인 보호 장구를 사용하고, 모든 조작은 인증된 화학 흄 후드 내에서 수행하며, 오염된 물질은 기관의 유해 폐기물 처리 절차에 따라 폐기하십시오.
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안정적 선택(stable selection)을 위한 최적의 puromycin 농도를 결정하기 위해, parental 16HBE14o− 세포에 puromycin의 농도를 점진적으로 높여(0.5–4 µg/mL) 처리하고, 24, 48, 72시간 후에 세포 생존율 분석법을 이용하여 세포 생존율을 평가하였다. Puromycin은 농도 및 시간 의존적으로 세포 생존율을 감소시켰으며, 모든 농도에서 48–72시간 후 생존율이 20% 미만으로 감소하였다(그림 3). 1 µg/mL 농도는 비형질전환 세포를 완전히 제거하는 가장 낮은 농도였으며, 48시간 이내에 잔류 생존 신호를 약 4.5%까지 감소시켰다(p < 0.0001). Puromycin 농도를 더 높여도 세포 생존율의 추가적인 감소는 나타나지 않았다. 따라서 이후 형질전환된 세포의 선택을 위해 1 µg/mL의 puromycin을 선정하였다.
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IL-4/IL-13–JAK–STAT6 신호 전달 체계는 중요한 치료 표적일 뿐만 아니라 천식 및 알레르기성 비염을 포함한 알레르기 질환 발병 기전의 핵심 동인입니다22. 본 프로토콜은 STAT6 활성 조절제를 식별하기 위한 간단하고 안정적인 세포주 기반 리포터 분석법을 설명합니다. 이 분석법은 광범위한 환경 화합물의 STAT6 조절 효과를 평가하는 데 적용할 수 있으며, 개념 증명 스크리닝 연구(그림 8)에서 입증된 바와 같이 고속 스크리닝에 용이하게 적용 가능합니다. 루시퍼레이스 리포터와 병행 세포 생존력 분석을 결합함으로써, 이 방법은 화합물로 인한 세포 독성에서 비롯되는 혼란 효과를 최소화하면서 STAT6 경로 조절에 대한 정량적 평가를 가능하게 합니다.
이 방법의 특징은 안정적으로 형질도입된 인간 기관지 상피 16HBE14o− 세포를 사용하는 것으로, 이는 ...
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저자들은 이해관계의 충돌이 없음을 선언합니다.
본 연구는 태국 국립연구위원회(NRCT)(Grant No. N42A680388)의 지원을 받았으며, 본 연구 프로젝트는 마히돌 대학교(전략 연구 기금: 2025)(Grant No. 35)의 지원을 받았습니다. 그림 1과 2는 BioRender.com(Pothipan, P. (2026). https://BioRender.com/h44gy3h)을 사용하여 작성되었습니다.
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| 0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200072 | 세포 해리 시약 |
| 15 mL 원뿔형 원심분리 튜브 | Corning | CLS430791 | 멸균 폴리프로필렌 원심분리 튜브 |
| 16HBE14o- 인간 기관지 상피 세포주 | Nawiya Huipao 박사(태국 송클라 왕립대학교)와 Dieter C. Gruenert 교수(미국 캘리포니아 대학교 샌프란시스코 캠퍼스)의 제공분 | RRID:CVCL_0112 | 인간 기관지 상피 세포주 (계대 배양 35회–40); 마이코플라스마 음성이 확인되었으며, 분화된 기도 상피 형태 및 장벽 특성을 유지하고 있습니다. 참고 문헌: Cozens AL, et al. Am J Respir Cell Mol Biol. 1994;10(1):38–47. |
| 24웰 투명 평저 조직 배양 처리 플레이트 | Corning | 3527 | 세포 배양 플레이트 |
| 6-웰 투명 평저 조직 배양 처리 플레이트 | Corning | 3516 | 세포 배양 플레이트 |
| 96-웰 투명 평저 폴리스티렌 조직 배양 처리 마이크로플레이트 | Corning | 3599 | 세포 생존율 분석 플레이트 |
| 96-well 백색 투명 바닥 폴리스티렌 조직 배양 처리 마이크로플레이트 | Corning | 3610 | 루미네선스 분석 플레이트 |
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