생물학, 통계학, 데이터 과학

아래 그림 보면, 왼쪽은 B세포 수용체 (BCR, B Cell Receptor), 중간은 항체, 오른쪽은 T세포 수용체 (TCR, T Cell Receptor) 입니다. 

B세포 수용체는 immunoglobulin이라고도 하고요. B세포 표면에 있어서 박테리아와 같은 병원체와 결합해서 B세포를 활성화시킵니다. 이때 활성화가 되면 두가지 반응이 일어나는데요~ 그 병원체와 결합된 B세포가 많이 만들어지고, 일부는 항체를 많이 생성시킵니다. 이렇게 항체 (일명 용해성 면역글로불린 = soluble immunoglobulin, antibody)를 만들어내는 세포를 Plasma Cell 이라고 불러요. 

구조에 대해 정리하려고 했는데, 다시 기능을 적고있다니... 다른 포스팅 참고하시면 정리되어있습니다. 

BCR, TCR보면 variable regions(가변부위, 아미노산 서열이 세포마다 다름)과 constant regions(일정부위, 아미노 서열이 비슷하게 일정하게 되어있음)이 있습니다. 그래서 variable regions은 항원을 인식하고요. (antigen recognition), constant region은 구조적인 역할을 하죠. 

항체 구조를 보면 검정색으로 굵은 검정색, 얇은 검정색이 있지요. 4개의 polypeptides로 이뤄져있는데, 2개는 heavy chains, 2개는 light chains (smaller)으로 이뤄져 구조를 이루도록 돕고 있습니다. 

BCR은 V자 모습으로 된 두개의 antigen binding sites(항원결합부위)가 있고요 (bivalent). 빨간색이 light polipeptides chains, 파란색이 heavy polipeptides chains으로 구성되어있습니다. 반면 TCR 하나의 antigen binding site로 되어있는데(monovalent), 알파체인, 베타체인이라고 부릅니다. 

만약 엄청나게 큰 사이즈를 가진 박테리아(병원체)가 있다면 BCR이나 TCR은 오직 그 박테리아의 일부분만 인식하게 되겠죠. 즉, 수용체가 인식하는 병원체 일부분을 epitope(항원결정부)라고 해요. 

아래 이미지부터 설명하면서 항원에 대해 정리해보겠습니다. 아래 세가지는 병원체, 즉 박테리아와 같은 외부물질입니다. Pathogen 1은 살모넬라(samonella), Pathogen 2는 E.coli Pathogen 3은 다른 strain을 가진 E. coli라고 예를들어볼게요. 세 박테리아는 모두 gram-negative bacteria인데~ (박테리아 종류를 크게 gram-positive, gram negative로 나뉩니다) 모두 LPS (LipoPolySaccharide, 라고 세포 표면에 붙어있는 분자물질이라고 생각하면 되어요)를 가지고 있죠. 

하지만 innate immunity system (선천성면역)은 얘네들을 구분하지 못합니다. 백혈구들이 박테리아에 공통적으로 나타나있는 PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Pattersn, 병원체에 연관된 분자패턴)을 알아채서 내 몸에 있는 물질이 아닌 외부 물질이네~!!! 하고 잡아먹는거죠. 

그럼 얘네들을 누가 구분하느냐!! 바로 adaptive immunity (후천성면역)에서 얘네들을 구분합니다. 바로 바로 박테리아 세포 표면에 붙어있는 물질인 antigen (항원)을 통해서죠. 

항원의 정의가, 항체와 결합하는 모든 물질이라는데, 네 맞습니다! 항원은 이렇게 병원체에 붙어있는 물질이고요. 굳이 생체물질 뿐 아니라 화학물질도 항원이라고 부릅니다. 그래서 면역 반응을 일으키는 물질이 바로 항원이예요.    

다시 면역얘기로 돌아가서~ 후천성면역 시스템이 특정 박테리아, 바이러스등을 인식하죠. 그래서 감기 백신주사를 매 해 맞아야하는 이유도 바로 그 이유입니다~

후천성면역이 항원을 인식할 수 있다면 왜 선천성면역 시스템이 있는걸까요? 

다양한 이유가 있겠지만, 후천성면역이 할 수 없는 선천성면역만 할 수 있는 능력이 있습니다. 후천성면역은 림프구(lymphocytes)에서 T세포, B세포들이 있는데~ 얘네들은 죽은세포나 병원체가 가지고있는 PAMPs을 인식하지 못해요. 단지 항원만 인식할 뿐, 면역반응도 선천성면역시스템을 통해 활성화되는거죠. 죽은세포나, PAMPs은 선천성면역 담당인 백혈구에서 식세포작용을 통해 면역반응이 일어나게 됩니다. 

사람세포 중, 핵이 있는 세포에는 MHC I (Major Histocompatibility Complex I)이 있는데요. 그래서 그 전 B 세포라던가, 수지상세포 사람 세포이기 때문에 MHC I 이 있습니다. (사람 세포 중 핵 없는 세포는 적혈구 입니다.) 예를들어, 바이러스에 감염되어 세포 핵에서 이상한 단백질이 생성되면 그 단백질 조각이 MHC I에 나타나게 됩니다. 그렇다면 MHC II와 어떻게 다르냐고요? 

그 전 포스팅에 간략하게 설명했지만, B 세포가 돌아다니면서 병원균을 잡아 분해한 뒤 세포벽에 있는 MHC II에서 병원균의 일부인 peptide를 붙여놓습니다. 마치 이거 진짜 병원균 맞아? 맞으면 면역시스템 작동해야하는거 아냐? 이런 식으로요. 그러면 그 병원균 조각(peptide)과 맞아떨어지는 Helpter T 세포의 receoptor와 붙게되어, 응 병원균 맞네!! 하며~ B세포가 활성화됩니다. 하지만 MHC I경우, 세포가 감염되어 핵에서 잘못된 단백질을 만들게 되면 그 세포가 문제가 있기때문에 죽는게 낫겠죠. 그래서 잘못 만들어진 단백질 일부가 MHC I에 붙게 되면서 Cytotoxic T Cell (세포독성 T 세포)을 부릅니다. 그래서 Tc는 감염된 세포를 죽이죠. 

아래 그림보면, 왼쪽은 사람 세포고요. 병원균에 의해 감염되어서 핵에서 이상한 단백질을 만들게 되어 MHC I에 단백질 일부 peptide를 붙여 Tc를 부릅니다.           

이렇게 Tc가 활성화되면, 자가복제해서 일부는 Tc 역할을 하고 일부는 effector cell이 됩니다. 그렇다면 어떻게 감염된 세포를 죽일까요. Perforin(퍼포린) 단백질을 분비해서, 감염된 세포막에 구멍을 냅니다.  granzymes 효소가 감염된 세포가 자살하도록 유도합니다.

T 세포에는 CD4를 가진 세포도 있고, CD8를 가진 세포도 있습니다. 그래서 CD4를 가진 세포를 CD4 positive T cell, CD8를 가진 세포를 CD8 positive T cell라고 부릅니다. CD4의 receptor는 MHC II와 잘 붙을 수 있도록 도와주는 역할을 합니다. 그래서 대부분의 CD4 Positive T Cell은 Helper T Cell이예요.  CD8의 receptor는 MHC I을 잘 붙을 수 있도록 도와줍니다. 그래서 대부분의 CD8 Postive T Cell은 Cytotoxic T Cell입니다. 아래 그림 참고하세요 :)  

T cell 은 Helper T Cell와 Cytotoxic T Cell이 있는데, 우선 Helper T Cell (Th)부터 정리해보도록 하겠습니다. 

전 포스팅에서 간략하게 정리했지만, B 세포가 병원균(박테리아나 바이러스 등)과 만나 활성화되면, cloning이되면서 일부는 Memory cell로, 일부는 antibody를 대량으로 만들어내는 Effector Cell의 역할을 하게 됩니다. 즉, B 세포에 대해 짧게 요약하면, antibodies를 생성하는 역할을 하죠. 이렇게 만들어진 antibodies가 혈액 속에서 떠나니면서 병원균에게 찰싹 달라붙게 됩니다. 그래서 병원균이 정상적인 활동을 못하게 막거나, macrophages가 식균작용을 수월하게 할 수 있도록 도와주죠.    

그렇다면 Th은 무슨 일을 할까요? 

Th에대해 정리하기 전, 다시 옆길로 새서~ Dendritic cell(수지상 세포)부터 요약해보려고 합니다. 수지상 세포는 거의 모든 조직세어 관찰되는데, 이 세포가 돌아다니면서 병원균을 찾고 분해해서 그 조각을 MHC type II compex를 통해 T 세포에게 알려줍니다. 즉, antigen을 잡아서 다른 면역 세포 활성화를 돕는, Antigen Presentation Cell(APC)능력이 제일 뛰어난 세포인데요~ 그래서 면역체계에서 중요한 역할을 하고 있죠. 

수지상 세포 겉, MHC II에 병원균 조각(peptide, 왜 peptide가 병원균 조각인지 모르시면 그 전 포스팅 참고하세요)을 떡!!하니 보여주면~ 여기에 맞는 receptor를 가진 Th가 와서 붙게되면 Th가 활성화 됩니다. Th가 만들어질때 각각 다른 종류의 T cell receptor를 만듭니다. 그래서 peptide에 맞는 receopter를 가진 Th가 활성화 되어요. 아래 그림 보면 왼쪽은 수지상세포이고, 오른쪽은 Th인데 수지상 세포의 MHC II에 붙여있는 pepide (병원균 조각)가 Th recepter와 만나서 Th가 활성화 되었습니다. 

이렇게 활성화되면 우선 이 Th가 자가복제해서 아주 많이 만들어집니다. 그래서 일부는 Effector Helper T Cell로, 일부는 Memory Helper T Cell의 역할을 하게 됩니다. 

Effector Th는 Cytokines을 분비합니다. Cytokines은 일종의 단백질인데요~ 얘네들이 분비되면서 우리몸의 면역체계에 병원균이 들어왔다고 알리는 역할을 합니다. 그래서 그 병원균에게 맞는 B 세포도 많이 만들게 시킵니다. B 세포가 병원균을 만나면 바로 활성화되는건 아니고요. 병원균 만나서 그 병원균을 분해한 후, MHC II에 peptide(병원균 조각)를 보여주면, 여기에 맞는 receptor를 가진 Th가 와서 그제서야 B세포를 활성화 시킵니다. 이걸 T-dependent activation이라고 해요. 그러니까 T 세포가 있어야 활성화가 된다는 소리죠. 

골수(bone marrow) 안에 혈구줄기세포에서 다양한 종류의 혈구세포들로 분화되어 만들어지는데요. 그래서 백혈구 안에서 선청성 면역을 담당하는 세포가 있는 반면, 후천성 면역을 담당하는 림프구도 있습니다. lymphocytes(림프구)에는 T cell, B cell NK cell이 있습니다. 둘 다 골수에서 만들어지지만, T cell은 thymus (흉선, 가슴샘)에서 온전히 자라게 됩니다. B cell은 골수에서 성숙됩니다. 

※ B cell

항체를 생산해서 체액성면역반응(Humoral Immune Response)을 일으킵니다.  

B세포 세포막에 약 10,000개의 항체가 있는데요. 바로 membrane bound antibodies, 즉 immunoglobulins (면역글로블린)이 있습니다. 항체(antibodies)는 일종의 단백질인데요 굉장히 다양합니다. 각 B 세포마다 오직 한 종류의 항체로만 이뤄져있고요. 그 항체 종류가 다양하기 때문에 B세포마다 다른 항체를 갖게 됩니다. (항체분자가 특이적이라고 간단하게 말할 수 있겠네요)  

B 세포 핵 안에 DNA가 있는데, 이 B 세포가 만들어질땐 똑같은 DNA로부터 만들어졌는데, 어떻게 항체만 다른 종류를 갖게 되는걸까요? 그건 항체에서 가변부위와 불변부위가 있는데요. 이 가변부위의 항체를 만들어질때 필요한 것들이 계속 섞이면서 만들어져서, 조합방법으로 인해 10^10개의 다양한 분자를 만들어낼 수 있게 됩니다. 일단 병원균(외부물질)이 침투하면 엄청나게 다양한 B 세포의 항체와 결합할 수 있게 되죠. 

병원균이 B세포의 항체와 결합이 될때!! 바로 결합되어지는 병원균의 부분을  epitope(항원결정부)라고 합니다.  

이렇게 B 세포와 병원균이 만나게 되면, 이제서야 B 세포가 활성화(activated)됩니다. 그러면 클로닝(세포분열)하게 되어 아무 많은 그 특정 B 세포가 만들어지게 됩니다. B 세포가 많아지게 되면, 이중에서 병원균을 기억하는 memory cell로, 또 어떤 B세포는 병원균과 맞는 항체들을 엄청나게 많이 만들어내는 effector cell(plasma cell)이 됩니다. 그럼 항체들이 병원균과 딱 붙어서 병원균들이 제대로 기능을 못하게 합니다. 이렇게 항체가 병원균이 결합되어있으면 대식세포가 병원균을 먹기 쉽다고 합니다. 이걸 Opsonization 옵소닌 작용 이라고 해요. 

다음엔 T 세포에 대해 정리하도록 하겠습니다.