생물학, 통계학, 데이터 과학

포식세포 중 monocyte(단구) & macrophage (대식세포)에 관한 포스팅은 : http://statnmath.tistory.com/129

포식세포(Phagocytes) 중, 호중구 (Neutrophils)에 대한 포스팅입니다. 

Epithelial cell(상피세포)가 외부 병원체에 의해 감염되면, cytokine과 chemokine이 분비되어 농도차이(concentration gradient)가 발생하게 됩니다. 그러면 백혈구들이 혈관에서 나와 이 chemokine (chemokine interleukin 8, IL-8)과 cytokines이 많이 분비되어있는곳으로 이동하게 됩니다. 이걸 혈관 밖 유출, extravasation 이라고 해요. 

호중구는 Neutrophils, 또는 polymorphonucelar leukocytes (PMNs)라고 부릅니다. 왜냐하면 nuclei가 여러모양으로 다양하게 생겼거든요. 혈액속에 호중구가 많이 들어있고요(백혈구의 약 50~70%를 차지해요) 가장 주된 역할은 감염부위에 빨리 가서 microorganisms을 죽이는 역할을 해요. 그래서 대식세포보다 더 강력하다고 하지만, 일단 세포가 하루에서 이틀밖에 살지 못해요.  

왼쪽 사진은 혈액속에 있는 호중구예요. 웃는 모습이라서 현미경으로 쉽게 찾을 수 있다고 교수님께서 그러시네요ㅎㅎ 

아래 오른쪽 사진보면 검정색 동그란것(granules)들이 있는데, 세포 cytoplasm안에 독성성분을 가득 담고 있습니다. 그래서 microorganisms을 섭취한 후(phagocytosis), granules을 뿌리면서 호중구는 죽게 됩니다.  

그리고 NETs (Neutrophil Extracellular Traps)을 만들어내면서 죽는데요. 호중구의 DNA를 촤악 뿌리면서 죽게되는데, 이 DNA는 antimicrobial물질로 감싸져있고, 게다가 끈적거려서 주변에 있는 외부 항원(박테리아)을 잘 붙잡을 수 있어요. 좀 지저분하게 죽잖아요. 그럼 Macrophages(대식세포)가 죽은자리를 깨끗하게 청소합니다.  

항원(외부 병원체)의 종류를 크게 TD antigen, TI antigen 나눌 수 있는데요. B세포가 항원에 대해 T세포 도움 없이 B세포 스스로 항체를 만들 수 으면 그 항원을 TI antigen (Thymus-independent)라고 하고요, 항체를 만들어낼때 T세포 도움이 필요하면 그때 B세포와 만난 항원(antigen)을 TD antigen (Thymus-dependent)라고 합니다. 

TD antigen에 관한 포스팅은 여기 참고하세요~ http://statnmath.tistory.com/123

이렇게 나누는 이유는 생각해보면 당연해요.

왜냐하면 DC(수지상세포)세포가 항원을 섭취에 그 일부 조각(peptide)을 MHC (Major Histocompatibility Complex) class II에  올려놓습니다. 그러면 (아직 항원을 만나지 않은) Naive Th 세포의 세포막에 붙어있는 TCR (T Cell Receptro, 항원수용체)이 이 peptide를 인식하게 되죠.

여기서 peptide란 단백질의 짧은 조각을 말합니다. 

그런데 외부 항원이 단백질로 이뤄져있지 않으면요?? 

carbohydrates(탄수화물), lipids(지질), nucleic acids(핵산), glycolipids(당지질), lipopolysaccharides(리포다당류, LPS, 그람음성균에 존재하는 구조물)로 외부물질이 이뤄져있어도 면역반응이 일어나야하잖아요. 그래서 이러한 종류의 항원을 TI antigen이라고 합니다. 

보통 B세포와 Th세포가 만나는게 아니라, B세포의 BCR(B cell Receptor)에서 아주 많이 항원들과 만나서 B세포를 활성화시킵니다. Th세포 도움 없이요!! 

Th도움이 없다보니 당연히 Th의 보조자극제도 필요없고, CD40:CD40L interaction도 필요 없습니다. 

그래서 somatic hypermutation도 없고, isotype swtching도 없습니다. 항체의 종류 변환이 없으니 처음 나오는 항체 IgM만 나오게 되어요. 게다가 memory cell도 없어요. 

위 내용에 대해 잘 모르시면 여기 포스팅에서 다뤄져있으니 참고하세요. http://statnmath.tistory.com/124)

그렇다고 단점만 수두룩 빽빽 있는건 아닙니다. 

왜냐하면 Th세포가 필요없다보니 B세포 혼자서 빠르게 면역반응을 일으킬 수 있어요! 

그리고 위 그림에서 보면 B세포와 만나는 항원의 epitopes의 범위가 넓다보니 B세포가 항원을 인식하는것도 쉽고요. 그래서 초기 감염때, 그러니까 first primary immune response에 유용합니다. 

그 전 포스팅: 

항체 종류 변환에 대해 >>  http://statnmath.tistory.com/124  

항체 종류에 대해 >> http://statnmath.tistory.com/125 

그 전 포스팅에서 IgM, IgG, IgA, IgE, IgD의 항체에 대해 다뤘습니다. 아직 항원을 만나지 않은 naive B세포에는 IgM, IgD라는 항원 수용체를 가지고 있고요. IgM은 면역반응에서 가장 먼저 분비되는 항체예요. 항체는 크게 두가지 역할을 합니다. 바로 중화작용 (neutralization), 보체 활성화(Complement Activation) 그리고 옵소닌작용 (opsonization)역할을 합니다.  

중화작용 (Neutralization) 

중화한다는 의미는, 항체가 외부 병원체의 특정 부위와 결합해서 병원체의 성장이나 복제를 무력화시키는걸 말해요. 아래 그림 윗 부분에서 항체가 없을때 바이러스나 박테리아와 같은 병원체의 독성부분이 host cell을 손상시키고 있습니다. 아래 그림 보면 항체가 이 독소성분을 붙잡아 host cell을 손상시키는걸 막고있는데요. 이걸 중화작 (Neutralization) 이라고 해요. 이걸 주로 담당하는 항체가 IgA입니다 (항체종류 포스팅 참고하세요, http://statnmath.tistory.com/125). 감기백신주사를 맞잖아요. 이 백신의 역할이 neutralizing antibodies 입니다. 

보체 활성화(Complement Activation)

혈액에는 보체(complement)라는 C1부터 C9까지의 단백질이 있습니다. 이 보체는 항체가 결합된 박테리아나 바이러스와 같은 외부 물질을 용해하는 역할을 해요. 평소에는 혈액속에 다니다가 항원과 항체가 만나게되면 보체가 활성화됩니다. 이걸 고전적 경로 classical pathway라고 합니다. 이때 C1q가 FC region(항원에서의 constant region을 지칭)에 붙게 됩니다. 보체가 활성화되어서 외부물질에 달라붙어 막공격복합체(MAC, membrane attack complex)를 만들어 세포막을 뚫습니다. 이러한 작용을 effector라고 해요. IgM, IgG가 보체를 활성화하는 항체이고요. 특히 IgM은 5개의 Fc region이 이어서 효과적이예요. 

옵소닌작용 (opsonization)

항체가 아래 그림의 파란색의 외부 병원체(바이러스나 박테리아)를 붙잡습니다. 이 항체의 Fc부분과 대식세포의 Fc Receptor가 만나게 되면 대식세포가 이를 섭취하고 항원이 분해됩니다. 이걸 옵소닌작용(opsonization)이라고 합니다. 항체 중 IgG 항체가 주로 이 역할을 합니다.  

B 세포가 활성화되면 memory B세포와 plasma cell로 분화 및 증식이 림프절에서 이뤄지는데 이 특정부위를 germinal centre (배중심) 라고 합니다. 아래 그림보면 Follicular mantle은 naive B 세포가 있는 곳이예요. Th 세포들이 몰려와서 B세포와 만나는 곳이 Light zone이고요. B세포가 증식하는 곳이 Dark zone 입니다. 

그럼 이 Germinal Centre에서 무슨 일이 일어나는 걸까요? 

여러 종류의 항체를 발생하는 일과(Isotype Switching) 항체와 항원이 잘 만나는 일(Ag-Ab binding) Somatic Hypermutation일이 일어납니다. 

(1) Isotype Switching

항체(antibody)는 (외부 물질)항원(antigen)과 결합하는 단백질인데요. 외부물질이 들어왔으니 몸에서 항체를 만들어 이 항원의 일을 막거나 방해해야겠죠. 그리고 항체가 체액성 면역 반응에서 혈청 및 체액에 녹아있어서 immunoglobulin glycoprotein이라고도 해요. 포유류는 5가지 종류의 항체, IgM, IgD, IgG, IgA, IgE가 있는데요. 이 그룹을 isotype라고 합니다. 처음 만들어지는 항체가 바로 IgM 이예요. 

성숙화된 naive B 세포는 겉 표면에 IgM, IgD를 가지고 있습니다. 그래서 일단 B세포가 활성화되면 한 종류의 isotype를 만들어내요. 이때  TFH effector의 cytokine이 B 세포의 항체 만드는데 도와준다고 했잖아요. (http://statnmath.tistory.com/122 참고) B세포의 항체와 그리고 isotope switching, 즉 다른 종류의 항체로 만드는거에 도와주는 역할도 합니다. 그리고 일단 B세포가 활성화되면 IgM을 처음으로 만들고 그리고 여기서 다른 종류의 항체로 바뀌게 되어요. 

항체는 가변지역(variable region)과 불가변지역(constant region)이 있는데~ IgM 항체에서 다른 항체로 분화할때, variable region이바뀌는게 아니예요. variable region이 바뀌면 항원을 인식하지 못하잖아요. 즉, 항원의 특이성이 같아야죠. 그래서 이 부분이 바뀌는게 아니라, constant region, 즉, heavy chain(H gene)이 바뀌는겁니다. 그래서 heavy chain의 단백질 구조가 어떻게 되어있냐에 따라 항체의 종류가 달라지게 됩니다. 

(2) Somatic Hypermutation

Somatic Hypermutation (체세포 초돌연변이)이란~ B세포가 증식할때 variable region(가변지역)에 돌연변이가 축척하게 되는데요 (accumulate mutations in their V region). 이렇게 돌연변이가 계속 축척될수록 항원친화력(affinity)이 높아지게 됩니다.

이것 역시 배중심의 light zone에서 일어나게 되고요. 항원친화력이 높은것만 살아남게 됩니다. (그래서 돌연변이가 축척되는거겠지요) 

활성화된 B세포는 Plasma Cell, Memory Cell로 분화 및 증식됩니다. Plasma cell은 BCR (B cell Receptor)를 가지고 있지 않고요. 항체를 대량생산해서 혈액이나 조직에 내보내요. 그리고 수명이 짧습니다. 반면 Memory Cell의 일부는 림프절에 cortex(피질)에 있고요. 다른 일부는 2차 림프 조직에 순찰하며 다닙니다. 순찰하려면 당연히 BCR이 있어야겠지요.

다음 포스팅에서 항체에 대해 조금 더 정리해보도록 할게요 :) 

항체 종류에 대해 >> http://statnmath.tistory.com/125 

저번 포스팅은 B세포의 항체 종류 변환에 대해 다뤘었는데요. http://statnmath.tistory.com/124  

이번 포스팅은 항체 종류에 대해 정리해볼게요. 

B세포에 의해 만들어지는 항체(=면역글로블린)는 Heavy chain의 종류(γ, μ, α, δ, ε)에 따라 IgM, IgG, IgA, IgE, IgD의 항체가 있습니다. 여기서 Ig는 immunoglobulin을 말해요. 

IgM (Immunoglobulin M) 

IgM은 5개가 결합한형태인 pentameter(5량체)의 모습을 하는데 그래서 10개의 antigen binding sites가 존재합니다. 붙는 장소가 여러곳이니 병원체 표면과 잘 붙게 되지요. 면역반응에서 가장 빠르게 증가합니다. 

IgG (Immunoglobulin G) 

IgG는 혈액과 세포조직에서 발견됩니다. 그리고 가장 중요한 점!! IgG가 태반을 통과할 수 있습니다. 그래서 엄마에서 아기로 항체가 전달될 수 있는거죠. (passive protection to the fetus) 그래서 신생아가 면역력을 쌓는 동안 엄마의 IgG 항체가 신생아를 보호하고 있는거예요. dimer(이량체)모양이예요. 

IgA (Immunoglobulin A) 

IgA는 mucosal protection, 그러니까 점막 면역에 가장 중요한 역할을 합니다. 그래서 gastrointestinal (위장관), respiratory (기도), urogenital(비뇨생식로) tracts에 있어서 외부물질과 결합해 침입하는걸 막죠. 그리고 external secretions. 눈물, 침, 모유에도 있습니다. 이때 모유에 들어있는건 아기에게 전달됩니다. 

자세한 내용은 아래 테이블 참고하세요 :) 

다음포스팅에서 항체 역할에 대해 정리해볼게요~