안녕하세요 유빈입니다.

제가 선정한 논문은 2025년 8월에 Nature communications에 게재된 “scIVNL-seq resolves in vivo single-cell RNA dynamics of immune cells during Salmonella infection” 입니다.

Salmonella 감염 동안 숙주 면역 반응은 시간에 따라 빠르게 변화하며 다양한 면역 세포가 단계적으로 활성화됩니다. 그러나 기존의 단일세포 전사체 분석 방법은 조직에서 분리된 세포만을 분석하기 때문에 실제 감염 환경에서 면역 세포가 시간에 따라 어떻게 전사적으로 변화하는지를 직접적으로 추적하는 데 한계가 있습니다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 scIVNL-seq (single-cell in vivo nucleotide labeling sequencing)이라는 새로운 기술을 개발하고, 이를 통해 Salmonella 감염 과정에서 면역 세포의 전사 변화가 시간에 따라 어떻게 나타나는지를 분석하였습니다.

scIVNL-seq 기술은 감염된 생체 내에서 새롭게 합성되는 RNA를 선택적으로 표지한 뒤 단일세포 수준에서 분석하는 방식으로, 기존 single-cell RNA sequencing이 제공하는 정적인 전사체 정보와 달리 시간에 따른 RNA 합성 변화를 직접적으로 추적할 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 이를 통해 새롭게 생성된 RNA와 기존 RNA를 구분하여 감염 과정에서 실제로 활성화되는 전사 반응을 단일세포 수준에서 분석할 수 있음을 확인하였습니다.

이러한 기술을 활용하여 Salmonella 감염 모델에서 다양한 면역 세포의 전사 반응을 분석한 결과, 감염 초기에는 선천면역 반응이 빠르게 활성화되며 특히 macrophage와 neutrophil 계열 세포에서 염증 관련 유전자 발현이 크게 증가하는 것이 관찰되었습니다. 이러한 세포들은 pathogen recognition receptor 신호 전달과 염증성 cytokine 생성과 관련된 유전자들을 빠르게 활성화하며 감염 초기 숙주 방어 반응 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다.

감염이 진행되면서 면역 세포의 동적 전사 프로그램 변화도 확인되었습니다. 초기 염증 반응 이후 macrophage와 monocyte 계열 세포에서는 대사 경로와 세포 기능이 재편성되는 양상이 나타났으며, 일부 macrophage는 강한 염증 반응을 유지하는 반면 다른 세포들은 조직 항상성 유지와 면역 조절과 관련된 전사 프로그램을 활성화하는 것으로 나타났습니다. 이러한 결과는 동일한 세포 유형 내에서도 감염 환경에 따라 서로 다른 기능적 상태가 형성될 수 있음을 보여줍니다.

또한 Salmonella 감염 동안 면역 세포의 transcriptional activation timing이 서로 다르다는 점도 확인되었습니다. 특히 interferon signaling과 관련된 유전자들은 감염 초기에 강하게 활성화되었으며, 이후 항균 반응과 세포 이동에 관련된 유전자 발현이 뒤따르는 시간적 패턴이 관찰되었습니다. 더 나아가 동일한 myeloid 계열 세포에서도 일부 세포는 염증 반응을 지속적으로 유지하는 반면 다른 세포들은 조직 복구와 면역 조절과 관련된 전사 프로그램을 활성화하는 등 기능적 분화가 나타났습니다.

종합적으로 본 연구는 scIVNL-seq라는 새로운 분석 기술을 통해 Salmonella 감염 과정에서 면역 세포의 전사 반응이 시간에 따라 동적으로 변화한다는 점을 단일세포 수준에서 규명하였습니다. 이는 감염 면역 반응을 단순한 정적인 세포 상태가 아니라 시간에 따라 변화하는 전사 프로그램의 네트워크로 이해해야 한다는 새로운 관점을 제시하며, 향후 감염 질환 연구에서 면역 반응의 시간적 조절 기전을 이해하는 데 중요한 기반을 제공할 것으로 생각됩니다.

살모넬라 감염 시 시간에 따라 나타나는 면역학적 반응 차이를 이해해보고자 해당 논문을 선정하게 되었습니다.

논문링크: https://www.nature.com/articles/s41467-025-63155-1#Sec38