[적응면역] "면역 시스템의 다양성과 대응성: 유전자 재조합과 면역 클론 선택"

 

림프구의 클론 선택과정. 침입한 항원과 결합할 수 있는 종류의 림프구만 선택적으로 증식한다. -출처: 위키백과

1. 학습목표

면역 시스템의 핵심 구성인 면역글로불린과 T 세포 수용체의 다양성 형성 과정과 이에 따른 클론 선택, 클론팽창, 그리고 적응면역반응의 개념을 이해하는 것입니다.

 

2. 핵심내용

1. 면역글로불린과 T 세포 수용체의 다양성은 유전자 재조합으로 형성되며, V, D, J 조각의 재배열로 다양한 서열이 생성됩니다.
2. 클론 선택과 클론팽창은 특정 병원체에 대응하는 림프구를 선택하고 증식시켜 효과적인 면역을 형성합니다.
3. 적응면역반응은 처음 감염 시 활성화되며, 1차면역반응으로 양질의 항원 특이 B와 T 세포를 형성하는데 시간이 소요됩니다.

 

3. 본문 내용

“면역글로불린과 T 세포 수용체의 다양성은 유전자 재조합에 의해 만들어진다.”

B 세포와 T 세포 항원 수용체의 다양성은 면역글로불린과 T 세포 수용체 유전자에만 있는 유일한 유전적 기작에 의해 만들어집니다. 면역글로불린과 T 세포 수용체 사슬 가변부위의 서로 다른 부위는 V, D, J 라 불리는 분리된 유전자 조각에 의해 부화화 됩니다. 이들 각각은 유전체에서 다양한 형태가 일렬로 연결된 상태로 존재합니다. 면역글로불린 중쇄와 T 세포 수용체 β 사슬 유전자는 V, D, J 조각 배열을 하고 있습니다. 반면에 면역글로불린 경쇄와 T 세포 수용체 α 사슬 유전자는 V와 J 만을 가지고 있습니다. 이들 비연속적인 형태에서는 유전자가 전사되어 단백질 사슬로 변역될 수 없습니다. 기능적인 유전자가 만들어지기 위해서는 각각의 서로 다른 유전자 조각들이 가운데 끼어 있는 부위를 제거하고 DNA를 자르고 연결하여 하나로 만들어져야 합니다. 유전자 재배열(gene rearrangement)이라 불리는 이러한 효소에 의한 재조합과정으로 전사와 번역이 가능한 가변부위 서열이 만들어집니다. 면역 글로불린과 T 세포 수용체 유전자는 사람 유전자 중에서 기능적이 되기 위해 유전자 재배열을 필요로 하는 유일한 유전자이며 따라서 이것은 재배열 유전자(rearranging gene)라고 합니다. 중쇄와 경쇄 유전자 좌위에서의 재배열은 B 세포에서만 일어나고 α 사슬과 β 사슬 유전자의 재배열은 T 세포에서만 일어납니다. 유전자 재배열되기 전에는 면역글로불린과 T세포 수용체 유전자는 배선 배열(germline configuration)을 하고 있습니다. 이것이 정자와 난자의 생식세포에서 이 유전자가 존재하는 모습입니다. B세포와 T세포에서의 유전자 재배열은 생식세포가 아니 우리 몸의 체세포에서 일어나기 때문에 체성 재조합(somatic recombination)이라고 불립니다.

 

유전자 재배열에 의해 만들어지는 V, D, J 조각(또는 V와 J)의 다양한 조합이 가변부위의 다양성을 만들어 줍니다. 재배열 동안에 DNA를 ‘자르고 붙이는’ 데 사용되는 효소 기구들의 부정확성으로 다양성은 더욱 증가합니다. 이 영향으로 유전자 조각 사이의 연결부위에 여분의 뉴클레오티드가 첨가됩니다. 결과적으로 이들 과정은 면역글로불린과 T 세포 수용체 폴리펩티드 사슬의 가변부위에 서열 다양성을 만듭니다. 항원결합부위의 부가적인 다양성은 면역글로불린의 경우 서로 다른 중쇄와 경쇄의 조합에서 만들어지고 T 세포 수용체의 경우 서로 다른 α와 β 사슬의 조합에서 만들어집니다.

 

 

 “B와 T림프구의 클론선택은 적응면역반응을 인도하는 원칙이다.”

면역글로불린이나 T 세포 수용체 유전자 재배열 기작의 직접적의 결과는 각각의 림프구가 하나의 특이성을 갖는 면역글로불린 또는 T 세포 수용체를 발현한다는 것입니다. 그러나 사람 면역계의 림프구 집단은 수백만 개의 서로 다른 면역글로불린과 T 세포 수용체를 만듭니다. 개별 세포 수준에서의 이러한 균일성(uniformity)과 집단 수준에서의 다양성(diversity)의 조합은 적당한 수용체를 갖는 림프구만을 선택함으로써 모든 병원체에 대한 림프구 반응을 만들수 있다는 것을 의마합니다. 감염이 일어날 때는 매우 작은 그룹의 림프구만이 특정 병원체를 인식하는 수용체를 갖고 있습니다. 수를 늘리기 위해서 병원체에 의해 자극된 각각의 림프구는 먼저 동일한 면역글로불린과 T 세포 수용체를 발현하는 세포의 클론을 만들기 위해 증식합니다. 증식하면서 병원체에 의해 선택된 T와 B 세포는 병원체를 제거하기 위해 함께 일할 효과세포로 분화합니다. 병원체가 특정 림프구가 증식하도록 선택하는 과정을 클론 선택(clonal selection)이라 하며 선택된 클론이 증식하는 것을 클론팽창(clonal expansion)이라 합니다. 각각의 병원체에 반응하기 위해 림프구 레퍼토리의 적은 부분만을 사용하는 것은 그 감염에 대한 적응면역반응이 매우 특이적으로 준비되어 있다는 것을 뜻합니다.

 

적응면역반응은 사람이 병원체에 의해 처음으로 심각하게 감염되었을 때 활성화되는 것입니다. 다시 말하면 감염이 내재면역 기작이 홀로 작용한 방어를 극복한 것입니다. 이러한 적응면역반응을 1차면역반응(primary immune response)이라고 합니다. 이것은 효과를 발휘하는 충분한 양의 항원 특이 B와 T 세포를 만드는 데 수일이 걸립니다. 이 기간 동안에 병원체는 최소한으로 억제되고 질병을 일으킬 가능성이 가장 높습니다.

 

 

4. 정리

면역글로불린과 T 세포 수용체의 다양성과 유전자 재조합:

• 면역글로불린과 T 세포 수용체의 다양성은 유전자 재조합에 의해 형성됩니다.
• B 세포와 T 세포 항원 수용체의 다양성은 V, D, J 조각에 의한 유전자 재조합으로 이루어집니다.
• 중쇄와 경쇄 유전자 좌위에서의 재배열은 B 세포에서만 일어나고, α 사슬과 β 사슬 유전자의 재배열은 T 세포에서만 발생합니다.

면역글로불린과 T 세포 수용체의 유일한 유전적 기작:

• 면역글로불린과 T 세포 수용체 유전자는 유일하게 유전자 재배열을 필요로 하는 유전자로, 재배열 유전자라고 부릅니다.
• 유전자 재배열에 의해 가변부위 서열 다양성이 만들어집니다.

클론 선택과 클론팽창:

• 면역글로불린이나 T 세포 수용체 유전자 재배열은 각 림프구가 하나의 특이성을 갖게 합니다.
• 클론 선택은 특정 병원체를 인식하는 림프구 클론을 선택하는 과정입니다.
• 선택된 클론은 증식하여 병원체를 제거하는 효과세포로 분화합니다.

적응면역반응과 1차면역반응:

• 적응면역반응은 감염에 처음으로 심각하게 반응하는 것이며, 내재면역 기작을 극복합니다.
• 1차면역반응은 충분한 양의 항원 특이 B와 T 세포를 생성하는 데 시간이 걸리며, 최초 감염에서 병원체를 제거하는 데 특이적으로 준비되어 있습니다.

 

 

참고문헌- 면역학 3판, 라이프사이언스