슬라이드 1

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1 제 1 장면역개요 Introduction to Immunology

2 1. 면역이란

3 1) 면역의기능 ㄱ ) 질병으로부터의, 특히감염성질병으로부터방어 : 세균이나바이러스와같이감염성질환을일으키는미생물에대해반응ㄴ ) 외부에서들어오는물질에대해서반응을일으켜, 그들을제거 : 여러가지의화학물질에대해서도반응 : 이식된세포에대해서도반응ㄷ ) 내부의문제도해결 : 죽거나잘못된세포의제거 : 암세포에대한반응

4 2) 항원 (antigen) : 면역반응결과생성된항체 (antibody) 와반응하는물질 : 면역세포와반응하는항원도있음

5 3) 면역반응은자신에게불리하게나타날수도있다 : 감염에대한염증반응 (inflamation) : 외부에서들어온물질에대한과민반응 (hypersensitivity) : 자신의구성요소에대한자가면역증 (autoimmune disease) : 조직이식거부반응

6 4) 여러가지생명체의면역반응 ㄱ ) 단세포생명체의면역반응 : 원생동물 (protozoa) 의식균작용 (phagocytosis) ㄴ ) 면역반응에서의자신과남의구별 : 산호류의이식에대한거절반응 (graft rejection) : 해면동물의특이적응집현상ㄷ ) 척추동물 : 특이적면역반응과비특이적면역반응

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8 6) 면역학은실험과학 - 포유동물면역반응의유사성 : 토끼, 생쥐, 기니픽 (guinea pig), 사람

9 6) 면역학연구에서생쥐의유용성 : 사람과같은포유동물 : inbred strain ( 내교배주 ) : 짧은세대기간 ( 약 6 주 ) : 유전적인조작의용이성 - recombinant strain - congenic strain - transgenic and knock-out mice

10 2. 자연면역과획득면역

11 1) 두가지형태의면역반응 ㄱ ) 자연면역 (natural immunity) 또는기존면역 (innate immunity) : 외부로부터항원이들어오면즉시반응하는면역체계 : 미생물이침입에대한일차적방어체계ㄴ ) 획득면역 (acquired immunity) 또는특이적면역 (specific immunity) : 항원이들어오면유도되어반응하는면역체계 : 미생물의침입에대한이차적인방어체계

12 2) 자연면역 : 항원에상관없이언제나존재하며, 활성을가짐 : 다양한종류의항원과반응 - 비특이적변역반응

13 3) 자연면역요소ㄱ ) 피부나점막과같은해부학적장애물ㄴ ) 눈물의 lysozyme 이나위의염산과같은화학적방어체계ㄷ ) 자연면역세포 : 식균세포 (phagocytes) : 자연살해세포 (natural killer cell) ㄹ ) 자연면역단백질 : 보체 (complement) : 자연면역세포가분비하는 cytokine

14 4) 획득면역 : 항원의유입에의해유도되며 : 항원을구별할수있는능력이있다 - 특정한항원과반응 ( 특이적면역 ) : 항원의유입의횟수가증가할수록그반응이커진다 ( 기억반웅 ) - 백신

15 5) 획득면역반응의종류 ㄱ ) 세포매개성면역반응 (cell mediated immunity) : 세포가직접적으로획득면역반응을수행하는과정 : T 임프구ㄴ ) 체액성면역반응 (humoral immunity) : 세포가만들어낸단백질이획득면역반응을수행하는과정 : 항체 (antibody)

16 세포매개성면역반응과체액성면역반응

17 6) 획득면역반응의특성 ㄱ ) 특이성 (specificity) : 원칙적으로자신의생성을유도한항원과만반응 : 림프구클론ㄴ ) 다양성 (diversity) : 수많은물질에대해반응 : 림프구클론의다양성 ( 레파토리 ) ㄷ ) 기억 (memory) : 항원에대한노출의횟수가증가할수록반응의속도와강도가증가한다ㄹ ) 자가조절기능 : 항원에의해유도되며, 항원이사라지게되면없어진다. ㅁ ) 자신과남의구별

18 7) 획득면역반응의유도 ㄱ ) 항원의유입에의해유도 : 능동면역 (active immunization) ㄴ ) adoptive transfer : 항원에대해면역반응이없는숙주에항체나임프구를이식 : 수동면역 (passive immunity)

19 8) 항원에의한면역반응의유도과정 ( 획득면역과정 ) : 항원을인식하고 (recognition) : 그결과임파구의활성화가나타나며 (activation) : 항원이제거되는과정 (effect)

20 8) 획득면역과정 - 항원인식단계 (cognitive phase) : B 임프구나 T 임프구표면에있는특이적항원수용체에의한항원인식 : B 임프구항원수용체 - 면역글로부린 (immunoglobulin, Ig, 항체 ) : T 임프구항원수용체 - T 세포수용체 (T cell receptor, TCR)

21 8) 획득면역과정 - 활성화단계 (activation phase) : 항원인식에의해임프구의증식과분화가일어나는단계 : B 임프구의플라즈마세포로의분화 - 항체생산 : T 임프구의활성화 - 면역반응의조절

22 8) 획득면역과정 - 작용단계 (effector phase) : 면역반응결과생성된것들이항원을제거하는단계 : 항체 : 세포독성 T 임프구에의한항원의파괴

23 9) 획득면역반응과클론선택이론 (clonal selection theory) : Burnet : 획득면역의다양성과특이성은항원이임프구를선택하여활성화시켜유도 Frank Macfarlane Burnet

24 9) 클론선택이론 - T and B cell repertoire : 각각의림프구는한가지항원과만반응 림프구클론 : 다양한종류의임프구클론들이항원이들어오기전에도이미존재 - T and B cell repertoire : 항원은자신과반응하는항원수용체를가진임프구만을선택하여활성화 - B 임프구에의한항체의생산 - T 임프구에의한면역반응

25 3. 면역계의세포와조직

26 1) 면역계의구성 : 림프조직 - 1, 2 차림프조직 : 면역세포 - 임프구와보조세포

27 2) 임프구 (lymphocytes) : 면역반응에서가장중요한기능을하는세포 - 획득면역반응 - T cell, B cell : 자연면역에도관여 - NK cell : 골수 (bone marrow) 의줄기세포로부터성숙된세포

28 3) 보조세포들 (accessory cells) : 림프구와함께획득면역반응이잘일어나도록도와주는세포 - 대식세포 (macrophage), 수지상세포 (dendritic cell) : 자연면역반응이나염증반응을수행하는세포 - NK cell, 과립구 (granulocyte)

29 4) 두가지종류의임프조직 (lymphoid tissues) ㄴ ) 일차임프기관 (primary lymphioid organ) : 면역반응에관여하는세포들이분화성숙하는조직 : 골수 (bone marrow) 및흉선 (thymus) ㄱ ) 이차임프기관 (secondary lymphoid organ) : 면역반응을위한세포들의상호작용이효율적으로일어나는조직 : 임프절 (lymph node) 과비장 (spleen)

30 4) 임프구와임프의순환 ㄱ ) 효과적인면역반응을위하여, 임프와임프구는순환 : 항원을임프조직에운반하고 : 면역반응의산물을항원이있는곳에운반하기위하여ㄴ ) 심장의도움으로순환

31 제 2 장면역계의세포와조직 Cells and Tissues of the Immune System

32 면역계는임프구와보조세포, 그리고그들로구성된임프조직으로구성 면역세포들은임프기관에집중 중추신경계를제외한모든조직에존재 면역세포들중일부는임프와혈액을통하여순환

33 적은수의임프구를이용하여효과적인면역반응이가능한이유 a) 임프구와보조세포들의밀접한상호작용 b) 임프구의순환 c) 임프구의증식과분화 d) 임프조직의해부학적구조

34 1. 면역세포 (cells of the immune system) : 림프구와보조세포

35 1) 임프구 (lymphocytes) 는면역계를구성하는주요한세포 항원인식세포 (antigen recognition) 작용세포 (effector cells) : cytotoxic T cells : plasma cells 항원특이적 (antigen specific)

36 2) 보조세포 (accessory cells) 림프구의면역반응을도와줌 : 항원을보여줌 (antigen presentation) - 대식세포 (macrophage), dendritic cells, 등등 : 림프구의활성화에관여 - cytokine 면역작용을나타냄 ( 작용세포, effector cells) : 식균작용 - 대식세포 (macrophage), PMN ; 염증세포

37 3) 임프구 (lymphocytes) 골수의전구세포가성숙되어만들어진다 항원을만나기전의임프구 (resting lymphocytes) : 작은임프구 (small lymphocytes) : 커다란핵을가진 8-10μm 정도크기의세포 항원에의하여활성화 (activated lymphocytes) : 증식및분화

38 3-1) 세가지의임프구 B 임프구 (B lymphocytes) : 항체의생산 T 임프구 (T lymphocytes) : 흉선 (thymus) 에서성숙 : 면역반응의조절및작용 - helper T cell ( 도와주는 T 임프구 ) - cytotoxic T cell ( 세포독성 T 임프구 ) - regulatory T cell ( 조절 T 임프구 ) 자연살해세포 (natural killer cell, NK cell ) : 자연면역임프구 : 암세포나바이러스에감염된세포살해

39 3-2) 임프구는모양이서로유사 세포표면에가지고있는표면단백질을이용하여구별 : 표현형 marker cluster of differentiation (CD) : 림프구의종류및분화단계, 활성화정도

40 3-3) blast transformation ( 아세포전환 ) 임프구는항원에의해활성화될때, 모양이변하면서분열한다 : 항원은 resting lymphocyte 를 cell cycle 의 G1 단계로들어가게한다 : 세포가커지고, 세포질이많아지며, 전사가증가되고, 분열하게된다 blast transformation 의결과림프구는증식하고분화한다 : 작용세포의분화 : 기억세포로의전환

41 3-4) 림프구활성화와항원의역할 각각의항원은항원과반응하는일부의림프구만을활성화 : mono- or oligo- clonal activator polyclonal activator : lectins 또는 super antigen : cona, Staphycoccal enterotoxins, LPS

42 4) 단핵식균세포 (mononuclear phagocytes) 대표적인보조세포 : 식균작용 (phagocytosis) : 항원제시세포 면역계의망상내피계 (reticuloendothelial system) 를구성 : 임프기관의 reticular cell

43 4-1) macrophage 의성숙 혈구줄기세포가골수에서분화성숙 : 주변혈액 (peripheral blood) 의단구 (monocytes) : 조직의대식세포 (macrophage 또는 histiocyte) - 중추신경계의 microglial cell - 간의 Kupper's cell - 허파의 alveolar macrophages T cell 에의해활성화 : activated macrophage

44 4-2) 자연면역반응에서 macrophage 의기능 미생물, 항원, 죽은조직, 적혈구등을식균작용으로파괴 자연면역 cytokine 을생산 : 염증반응을촉진 ) 와혈관내피세포의성장인자를생산 조직치유의기능 : 섬유아세포성장인자

45 4) 획득면역반응에서 macrophage 의기능 항원을 T cell 에보여준다 (antigen presentation) : 항원 peptide 와 mhc complex 형성 (antigen processing) T cell 의활성화를촉진하는 cytokine 을분비 세포매개성면역반응의작용세포 : 지연성과민반응의 activated macrophage 체액성면역반응의작용세포 : 식균작용증진 (opsonization)

46 5. 과립구 (granulocytes) 세포질에과립이많이있는백혈구 (granular leukocytes, WBC) : 염증반응의작용세포 (inflammatory cell) : 미생물이나죽은세포를제거 골수의전구세포가골수에서분화성숙 : 호중구, 호염구, 호산구

47 5-1) 호중구 (neutrophil) 여러개의자루모양 (multilobed) 의형태가일정하지않은핵 : polymorphonuclear (PMN) leukocyte 자연면역의주요한식균세포 : 급성염증반응의주요한백혈구 항체반응에서작용세포 ( 식균작용증진, opsonization)

48 5-2) 호산구 (eosinophil) 기생충에대한면역에중요 : 기생충살해 알러지반응의작용세포

49 5-3) 호염구 (basophil) 높은친화력의 IgE receptor 를가지고있는세포 알러지반응을시작하게하는세포 : 급성과민반응 (immediate type hypersensitivity, allergy)

50 6) 수지상세포 (dendritic cell) 세포돌기 (dendrite) 를가지고있는세포 전문적인항원제시세포 : MHC 의발현 골수의전구세포가골수에서분화성숙

51 2. 임프조직 (lymphoid tissues)

52 1) 임프조직 (lymphoid tissues) 의필요성 면역반응에필요한세포들간의상호작용을용이 항원제시세포와림프구의상호작용 작용세포와항원의상호작용

53 2) 두가지의임프기관 1 차임프기관 (primary or generative lymphoid organ) : 임프구의성숙과분화가일어나는곳 : 골수 (bone marrow), 흉선 (thymus) 2 차임프기관 (secondary or peripheral lymphoid organ) : 면역세포가항원과반응하여면역반응이일어나는곳 : 임프절 (lymph node), 비장 (spleen) : appendix, tonsil, Peyer's patch

54 3) 골수 (bone marrow) 골수의수질 (red marrow) 에는스폰지상태의망상구조가존재 : 지방세포와근원세포 (stem cell) 가존재 혈구의생산 (hematopoiesis) : 면역세포를포함한모든혈액의세포를생산

55 4) 흉선 (thymus) anterior mediastinum 에있는두개의잎 ( 엽, lobe) 모양의기관 : 각 lobe 는작은잎 ( 소엽, lobule) 로구성 각각의 lobule 은바깥쪽의 cortex ( 피질 ) 와안쪽의 medulla ( 수질 ) 로구성 : T cell 을생산하는기관

56 4-1) 흉선은흉선임프구와기타세포로구성 흉선임프구 ( 흉선세포, thymocytes) : T 임프구전구세포 (T cell precursor,) 기타세포 : dendritic cell, epithelial cell 과 macrophage : thymocytes 에 MHC 를보여줌 (MHC presentation) - T 임프구의선택 (selection)

57 4-2) 흉선에서흉선세포의선택 골수의줄기세포중 Pro-T cell 은정맥을통하여흉선안으로들어가 thymocyte 로전환 흉선세포는피질에서수질로이동하는동안기타세포들과접촉하게되면서성숙된 T cell 로전환 : MHC 에대한선택 : thymus education

58 5) 임프절 (lymph node) 조직의임프관중간에위치 : 상피조직, 점막조직, 결체조직등등 조직사이로들어온항원을처리

59 5-1) 임프절의구조 capsule 로둘러싸여있는임프조직으로림프관 (lymphatic) 으로연결 primary follicle, germinal center : B cell area interfollicular area : T cell area

60 6) 비장 (spleen) 왼쪽상복부에있는붉은색의 capsule 으로둘러싸인기관 : 세동맥주위의임프계 (periarteriolar lymphoid tissue) 혈액으로침투한항원에대한면역반응

61 7) 기타임프조직 점막면역계 (mucosal immune system) : 소장의 Peyer's patch : 맹장 (appendix) 의 lymphoid follicle : 인후 (pharynx) 의 tonsil 표피면역계 (cutaneous immune system) 비정상적임프조직 (ectopic lymphoid system) : 관절염환자의관절에형성된 lymphoid follicle

62 3. 임프구와임프의순환

63 1) 임프의순환 : 작은임프관으로부터, thoracic duct 와 right lymphatic trunk 로모여져 : 임프는다시대정맥을통하여, 심장으로들어간다 : 동맥을거쳐, 모세혈관을통하여, 조직으로들어가고, 임프관으로순환

64 2) 항원의이동 장이나조직사이로침투한항원은 : 모세임프관을거쳐, 임프절로들어가 : 면역반응이일어난후림프관으로순환 혈액을통하여침투한항원은 : 비장동맥을통하여비장으로들어오고 : 면역반응이일어난후비장정맥을통하여순환

65 3) 임프구순환 효과적인항원의감지와적절한면역반응을위하여림프구도이동한다 : 혈관의임프구는세정맥내피세포사이를통하여조직으로이동 - high endothelial venule 에서통과 그후, 임프구는조직에머물거나다시순환된다

66 3-1) 순환중인임프구의귀환 림프구는혈관에서임프조직으로이동하기도한다 : lymphocytes homing 임프구표면에있는임프구귀환수용체 (lymphocyte homing receptor) 와임프조직에있는 HEV 의 vascular addressin 의상호작용

67 제 3 장항원 Antigen

68 1. 항원이란

69 1) 항원은항체와결합하는물질을말한다 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산등의생명체분자는항원 : 생명체분자가아닌일반화학물질도항원이된다 항체가아니라 T 림프구와반응하는물질도항원이다. : T cell antigen : protein

70 2) 일반적으로, 한분자의항원은여러분자의항체와결합 대부분의항원은고분자 : 항체가결합하는자리를여러개보유 - 항원결정부위 (antigenic determinant, epitope) 저분자의항원에도다양한항체가결합가능 : 친화력의차이

71 2. 항원성과면역원성 (antigenicity vs immunogenicity)

72 1) 항원이언제나항체생산을유도하는것은아니다 어떤항원은특별한처리없이주사하여도항체가잘만들어진다. : 어떤항원은조건이맞아야항체생산이유도될수있다. 우리몸에들어와면역반응을유도하는물질은면역원 (immunogen) : B 림프구면역원과항체생산 : T 림프구면역원

73 T 림프구비의존항원과 T 림프구의존항원의작용

74 3) 합텐과캐리어 일반적으로 5000 달톤이하의작은분자는항체의생산불가 : hapten hapten 이다른큰분자의단백질과결합되었을때합텐에대한항체생산 : carrier

75 2. 면역원성을결정하는요인들

76 1) 면역원성은항원과항원외적인요소에의하여영향 항원의이질성 (foreignness), 분자량 (molecular size), 화학조성과복잡성 (chemical composition and complexity), 항원제시세포와의결합성 (antigen presentation) 등에영향을받는다. 항원외적인요소에는숙주의유전적구성, 항원의양과투여경로, 에져반트 (adjuvant) 의사용

77 2) 좋은면역원 숙주에는존재하지않는다른생명체의분자 다른생명체의물질이라하더라도그물질이두생명체에서비슷하지않아야한다 화학조성이복잡하여그구조가복잡할수록면역원성이높다.

78 3) B 림프구와 T 림프구면역원 B 림프구는항원이단백질, 탄수화물, 지방, 핵산등어떤것이라도반응 T 림프구는단백질항원과만반응한다 대부분의면역반응에서 T 림프구에의하여조절되므로항원이단백질일수록유리하다. : antigen processing and presentation

79 4) 숙주의유전적조성은면역반응에큰영향 주조직적합복합체 (MHC, major histocompatibility complex) 유전자

80 5) 항원투여양과투여경로 일반적으로너무많은양의항원을투여하거나너무적은양을투여하면면역반응이일어나지않을수있다 : 면역내성 (tolerance) 유도 일반적으로먹는것보다는주사와같은비경구적인투여 (parenteral) 가면역반응을잘유도

81 6) Adjuvant 는항원에대한면역반응을높혀준다 애져반트는항원이지속되게할뿐아니라, 항원제시세포를자극하여면역반응을강하게만드는기능 : aluminum potassium sulfate (alum) 이나 Freund's adjuvant

82 3. 항원결정부위 (antigenic determinant, epitope)

83 1) 항원 - 항체결합은분자간의상호작용 항원과항체는일부분이서로결합 결합의상보성으로특이적결합

84 2) 항체는항원의일부지역과결합 항원결합부위 (antigenic determinant) 또는에피톱 (epitope) 분자의크기가큰항원들은항체가결합할수있는지역이여러군데있기때문에, 한꺼번에여러가지의항체와결합할수가있다. 분자의크기가작은항원의경우는항원결정부위가적기때문에하나또는소수의항체와결합할수도있다.

85 3) B cell epitope B cell 의항원수용체인항체는항원과직접결합 다양한항체들은단백질뿐아니라모든분자와결합가능 항체는항원의입체구조를인식

86 4) T cell epitope T 림프구의항원수용체인 T 세포수용체 (TCR) 는항원의일부분과반응 : T cell 은항원의일부아미노산배열을인식 TCR 은단백질항원만을인식 T cell 은항원단백질과직접결합하지못한다. : 단백질의펩타이드가다른세포 ( 항원제시세포 ) 에의하여제시 : MHC 단백질과단백질항원의일부분 (antigenic peptide) 이결합

87 T 림프구에대한항원제시과정

88 T 림프구와 B 림프구의항원인식의차이

89 T 림프구와 B 림프구의항원인식의차이

90 5) 면역우성에피톱 (immunodominant epitope) 복잡한항원의경우, 에피톱이여러개존재하나의항원에서 B 림프구에피톱과 T 림프구에피톱은서로다를수있다. 어떤에피톱은 B 림프구나 T 림프구와보다잘반응하는부분이잇으며, 이부분을면역우성에피톱이라부른다

91 제 4장항체 Immunoglobulin

92 1. 항체 (antibody) 의특성

93 1) 항체 (antibody) 는항원과결합하는단백질 혈청 (serum) 과체액에녹아있다 : 면역글로부린 (immunoglobulin) : 체액성면역반응 (humoral immunity) 항체는 B 임프구의표면에도존재 : surface immunoglobulin : B 임프구가항원에의하여 plasma cell 로분화되어항체를분비

94 2) 항원 - 항체의결합 (antigen-antibody complex) 항원의작용을방해하거나불능화시킴 : 중화 (neutralization) 항원이제거되도록여러반응을유도 : 항원의작용기능 (effector function)

95 2. 항체의분자구조 (molecular structure of antibody)

96 1) 항체의구조적유사성 gamma globulin 또는 immuno globulin : charge, size, solubility 에서서로매우유사 두개의큰사슬 (heavy chain) 과두개의작은사슬 (light chain) 이서로공유결합된 Y 자모양의단백질

97 2) 다섯그룹의항체 항체의 class 또는 isotype : IgG, IgM, IgA, IgD, IgE 항원결합성은차이가크게없으나, 작용기능이다름

98 3) 항체의항원특이성은매우다양 항체의 1 차레파토리 (primary antibody repertoire) : 천만가지에서수십억가지 서로다른항체의항원결합부위아미노산배열의다양성 : heavy chain 과 light chain 의 N-ter amino acid sequence 의다양성

99 4) Light chain 의구조 24,000 달톤정도의당단백질 : 약 220 개의아미노산으로구성두종류의 light chain (class, isotype) : κ 또는 λ

100 4-1) 항원특이성이다른 κ chain 의아미노산배열의비교 아미노터미날쪽의 110 개아미노산의배열은서로서로다르나 : 다양한지역 (variable region, V region) 카복시터미날쪽의 110 개아미노산은배열이서로서로같다 : 일정한지역 (constant region, C region)

101 5) Heavy chain 50,000-70,000 달톤정도의당단백질 : 약 개의아미노산으로구성 다섯가지종류의 heavy chain (class, isotype) : γ, δ, ε, μ, α : IgG, IgD. IgE, IgM, IgA Heavy chain 에서항체의 isotype 이나 subtype 이다르더라도 V 지역은같을수있으며, 같은항원과결합

102 5-1) 서로다른 γ chain (IgG) 의아미노산배열을비교 아미노터미날쪽의 110 개아미노산의배열은서로다르나 : 다양한지역 (variable region, V region) 카복시터미날쪽의 300 여개아미노산의배열이서로같다 : 일정한지역 (constant region, C region)

103 5-2) IgG Heavy chain 의 C 지역은 κ Light chain 의 C 지역의차이 110 개의아미노산으로구성된세개의지역 (domain) : Cγ1, Cγ2, Cγ3 V 지역과 C 지역사이에 hinge domain ( 경첩지역 ) 이존재 : 약 개의아미노산 : 항체에구조적유연성 (flexibility) Heavy chain 의 isotype 이다르더라도같은 V 지역을가질수있다 : 같은항원과결합할수있다

104 5-3) 같은 isotype 의 Heavy chain 은두가지형태로존재 세포막에결합된형태 (membrane bound) 와분비형 (secretory) : 세포막형은 B cell 의항원수용체 세포막형은분비형의카복시터미날에추가의아미노산이존재 : 막통과지역 (transmembrane) 과세포내지역 (intracytoplasmic) 세포막형은모두단분자이나분비형은여러분자인경우가있다 : 분비형의 IgM 과 IgA

105 6) heavy chain 과 light chain 의결합 항체는각각두분자의 heavy chain 과하나의 light chain 으로구성 하나의 heavy chain 과하나의 light chain 은 disulfide bond 에의해결합 : 각사슬의 V 지역이쌍을이루어항원결합부위가된다 항체의 heavy chain 두분자는서로 disulfide bond 에의하여공유결합 항체는두개의항원결합부위를가진 Y 자모양의분자 : 하나의항체는두개의똑같은항원결합부위를가진다

106 IgG 급항체의입체구조의도식

107 6-1) IgG 의 domain 구조 단백질분해효소인 papain 은항체를두부분으로구분 : Fab - antigen binding fragment : Fc - crystallizable fragment 펩신에의한 IgG 의분해 : F(ab)2 항체구조의독립성

108 Immunoglobulin domain structure

109 3. 단일클론항체 (Monoclonal antibody)

110 1) polyclonal antibody ( 다클론항체 ) 하나의항원을동물에주사하여얻은혈액 : 항혈청 (anti-serum) 일반적으로한분자의항원에는여러개의항원졀정부위를가지고있고, 각각의항원결정부위에대해결합력이다른항체가만들어지므로 : 항혈청에는다양한항체들이존재 다양한 B cell clone 들이활성화되어항체가만들어진다 : polyclonal antibody

111 2) 단일클론항체 (monoclonal antibody) 하나의 B 임프구클론으로부터얻어진항체 : 하나의 B 임프구는한가지의항체만을발현 : 균질한성질의한가지항체를생산 항체를생산하는 B 임프구와 myeloma cell 을융합한세포로부터얻음 : hybridoma

112 3) 단일클론항체의생산과정 항원을생쥐 (BALB/c strain) 에주사한후, 비장세포를분리 (B cell) 배양한 myeloma cell 과비장세포를융합한후 HAT medium 에서선택배양하여융합된 hybridoma 세포를분리 원하는항체를생산하는 hybridoma 를선별 (screening) 조직배양 (tissue culture) 이나복수배양액 (ascite) 으로부터항체를정제

113 4) 단일클론항체의활용 특정한항체단백질의구조및특성의분석 특정한항원의분리및확인 : 면역진단 : 분자생물학적또는생화학적연구 특정한세포또는항원을제어하여질병치료 : 면역치료법

114 5) 인간단일클론항체 단일클론항체는생쥐가만든항체여서인간질병치료용으로부적절 : 투여받은사람에서항원으로인식되어면역반응유도 : 혈청병발생 (serum sickness) 이러한문제를해결하기위하여는사람의항체를얻는일이중요 : 항체공학 (antibody engineering) : 사람항체를생산하도록실험동물의조작

115 5-1) 항체공학 (antibody engineering) 생쥐하이브리도마세포에서항체의 heavy chain 과 light chain 유전자를분리하여유전자조작을통하여사람의항체와유사하게변경

116 5-1-1) 잡종항체 (chimeric antibody) 생쥐항체유전자의 V 지역유전자를사람의 C 지역에결합한항체

117 5-1-2) 사람화된항체 (humanized antibody chimeric antibody 의 V 지역의아미노산배열을 CDR 지역만을제외하고모두사람의 V 지역아미노산배열로변경

118 5-1-3) Heteroconjugate antibody 서로다른항체를하나의항체분자에합친 2 가지항원특이성을동시에가지고있는항체

119 5-1-4) V 지역조각항체 항체의 V 지역만으로구성된항체단백질 : Fab : Fv : ScFv

120 5-2) 형질전환동식물을활용한사람항체의생산 사람의항체유전자지역전체 (Ig loci) 를생쥐의 DNA 에이식하여사람의항체를생산하는생쥐 (transgenic mice).

121 5-3) Phage display 와항체 library 항체의 v 지역유전자를 bacteriophage 에발현시킨디음, 원하는특이성의항체조작을선별

122 5-4) 촉매항체 (catalytic antibody) 효소의기능을가진단일클론항체 효소반응의전이상태유사물질 (tansition state analog) 를활용

123 5. 항원과항체의결합

124 1) 항원결합에필요한항체분자의구조적특징 항원결합성이다른항체들은 Light chain 과 Heavy chain 의 V 지역아미노산배열이서로다르다 다양한 V 지역의아미노산배열을비교하면특히 3 지역의아미노산배열이항체마다다른것으로나타난다 : hypervariable region 또는상보성결정부위 (CDR) : 항원결합부위

125

126 2) CDR 지역의구조와항원결합 Light chain 과 Heavy chain 의 V 지역에는각각 3 곳의 CDR 이존재 : 이들 CDR 은연장되어나온고리모양 (extended loop) 을형성 항원은이들 Light chain 과 Heavy chain 의 CDR loop 에직접적으로결합

127 항체의 V 지역과항원사이의상보적결합

128 3) affinity 와 avidity - affinity affinity ( 항체의항원친화력 ) : 하나의항원결합지역 (Fab) 과항원분자간의측정된결합강도 affinity 의측정 : dissociation constant (Kd)=[Ag][Ab]/[Ag-Ab] : Kd 값이낮을수록항원결합력이높은항체

129 4) affinity 와 avidity avidity 1 분자의항체는적어도 2 개의항원결합지역을가지고있으므로, 항체분자전체의항원친화력은 Fab 의항원친화력보다높다 : avidity IgM 은 10 개의 Fab 를가지고있으므로가장강한 avidity 를나타낸다

130 6. 항체의 isotype, allotype, idiotype

131 1)Isotype ( 아이소타입 ) 항체의특정한 class 나 subclass 에서공통적으로나타나는특징 : Heavy cahin 이나 Light chain 의 C 지역의아미노산배열상의특징 : 같은종에서모든개체가동일한아미노산배열을가진 C 지역의부분 Heavy chain isotypes : α1, α2, γ1, γ2, γ3, δ, ε, μ 등으로항체의 class 와일치 Light chain isotypes : κ, λ

132 2) Allotypes 특정한종 (species) 에서같은급 (isotype) 의항체의 C 지역아미노산배열은모든부분이동일한것이아니라일부위치의아미노산배열은개체 (individual) 마다다르다 : 항체대립유전자 (allele) 형의차이 같은종에서개체들간에나타나는같은 isotype 항체 C 지역의차이 : 개체를구분할때활용

133 3) idiotypes 특정한항체분자에서만나타나는독특한아미노산의배열 : 항체의항원결합지역, 즉 V 지역의아미노산배열각각의항체를구분할때활용 : B cell clone 을구별

134 4) 항체의 isotype, allotype, idiotype 에대한항체 항체는단백질이므로생명체에주사하면항체에대한항체가얻어진다 : anti-isotype antibody : anti-allotype antibody : anti-idiotype antibody 항체의특정한 type 을구분할때활용

135 7. 항체분자의생물학적활성 (effector function)

136 1) B cell 의세포표면항체 B cell 에서항원인식에필요한항원수용체의역할 : specific antigen receptor 특정한 B cell clone 이항원을만나면세포표면의항체를분비 : serum antibody

137 1-1) B cell 은분화성숙정도에따라다른급의항체를세포표면에생산 골수의미성숙 B cell (immature B cell) 은 IgM 급의항체를생산 항원을만나지못한성숙 B cell (mature B cell) 은 IgM 과 IgD 급의항체를생산 : 이들 IgM 과 IgD 항체는같은항원과결합 항원과반응한다음생성되는기억 B cell (memory B cell) 은특정한급의항체를생산

138 1-2) B cell activation 과항체의분비 항원이 B cell 표면의항체와결합하면세포표면항체를서로결합시킨다 (cross link) : 항원수용체로부터 B cell 활성화의신호 (signal) 전달 B cell 은 Plasma cell 로분화되어항제단백질을세포밖으로분비 : serum antibody

139 2) Serum antibody 의기능 (antibody effector function) 항원과결합한다는친화력만으로는항체는모두같다 : 서로다른 calss ( 급 ) 의항체라하더라도 Fab 는같을수있다 서로다른급의항체들은 C 지역즉 isotype 이다르며, 이지역은항체가다른세포나다른분자와상호작용하는데필요하다 : 작용기능 (effector function)

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141 항체의작용기능 (effector function) 은 Heavy chain C 지역의기능 Fc 지역은항체가다른세포과결합하는데필요 : opsonization : ADCC : 조직통과 Fc 지역은항체가다른단백질과결합하는데필요 : 보체활성화

142 항체의생물학적기능 ( 작용기능 )

143 2-1) IgG 급항체 IgG 급항체는혈액중에가장많은항체 IgG 급항체의작용기능 : 독소나감염원의작용을중화 (neutralization) : 보체의활성화 : 식균작용강화 (opsonization) : 태반통과 : 항체의존세포독성 (antibody dependent cellular cytotoxicity, ADCC)

144 2-2) IgM 급항체 혈액항체중가장큰분자 : 10 개의 Fab 를가진항체 : 가장높은 avidity 성숙된 B cell 표면에있는항체 : 항원이처음들어왔을때혈액으로분비되는항체 IgM 급항체의작용기능 : 독소나감염원의작용을중화 (neutralization) : 보체의활성화 : 식균작용강화 (opsonization) : 항체의존세포독성 (ADCC)

145 2-3) IgA 급항체 몸에서체외로분비되는항체 (secretory antibody) : 침, 눈물, 호흡기분비물, 소화기분비물, 생식기분비물등으로분비 : 점막의면역에중요 (mucosal immunity) IgA 급항체의작용기능 : 점막조직으로분비 : 중화 (neutralization) : eosinophil 에의한기생충면역 (ADCC)

146 2-4) IgD 급항체 성숙된 B cell 의세포표면에존재 혈액에는미량존재하는항체

147 2-5) IgE 알러지반응을유도하는항체 : reagin IgE 급항체의작용기능 : allergy (immediate type hypersensitivity) 반응을시작 : eosinophil 에의한기생충면역 (ADCC)

148

149 제 5장 B cell과항체유전자 B cell and antibody gene

150 1. B 임프구의성숙

151 1) B cell 은골수줄기세포로부터만들어진다 B cell 은일정기간생존하므로, 계속하여보충된다 : B cell 의성숙또는분화 B cell 의성숙은골수에서일어난다 B cell 의성숙은항원과상관없이진행되며, 다양한항원과반응하도록다양한항원특이성의항체를생산할수있어야한다 : primary antibody or B cell repertoire 완전히성숙된 B cell 은항원과반응하며, 항원자극을받지못하면며칠내에죽게되고다시보충된다 : 세포지살 (apoptosis)

152 2) B cell 성숙의과정 골수줄기세포 (bone marrow stem cell) 중 pro-b cell 이 pre-b cell 로성숙 pre-b cell 은골수에서미성숙 (immature) B cell 로분화 Immature B cell 은골수에서성숙한 (mature) B cell 로분화 : 약 10 억가지정도의 mature B cell clone 를생산 Mature B cell 은말초기관으로이동 : naïve B cells 또는 resting B cell B cell 은항원자극을받으면일부는 memory B cell 로생존 : 항원자극을받지못한 B cell 은자살

153 B cell 의성숙과항원과의반응.

154 3) B cell 의성숙과항체생산 골수줄기세포나 pro-b cell 은표면에항체를가지고있지않다 Pre B lymphocyte 가되면세포질에 μ chain 을발현 (cytoplasmic μ chain) Immature B cell 은세포표면에 IgM 을발현 Mature B cell 은세포표면에 IgD 와 IgM 급의항체를모두발현 Memory B cell 은 IgG, IgA, IgE 중한가지항체를발현 : 항체급의전환 (isotype switching)

155 B cell 의성숙과정과항체단백질의발현

156 B cell 의성숙과항체유전자의재배열과발현

157 4) B cell 반응에서항원의역할 골수줄기세포나 pro-b cell, pre-b cell 은항원과반응하지못한다 Immature B cell 은항원과반응하면무반응상태가유도된다 : B cell anergy Mature B cell 은항원과반응하면증식하고 (proliferate), plasma cell 로분화된다 : IgM 급항체를세포밖으로분비 Memory B cell 은항원자극에의하여 IgG, IgA, IgE 등의항체를분비 : 이차항체반응 (secondary antibody response)

158 5) 항체생산의 3 가지특별한현상 Allele 의배제 (allelic exclusion) 급의전환 (isotype or class switching) 친화력의성숙 (affinity maturation)

159 5-1) allelic exclusion 하나의 B cell clone 은단지한가지특이성 (specificity) 의항체만을생산 쌍으로존재하는 2 염색체의 2 항체유전자 (parental alleles) 중한가지만전사되어항체단백질을생산 : 한가지 heavy chain 과한가지 light chain 단백질을생산

160 5-2) isotype switching 처음항원이들어오면주로 IgM 급의항체를생산 같은항원이다시들어오면 B cell 은항원특이성은유지하면서, IgG, IgA, IgE 급의항체를생산

161 5-3) affinity maturation 항원이처음으로들어왔을때만들어진 IgM 급항체의항원친화력은높지않다. : IgM 급의항체는 avidity 때문에전체적으로높은친화력을유지 같은항원이다시들어와서생산된다른급의항체들은그친화력이 IgM 의친화력보다높다 항체의친화력은항원자극이진행될수록더증가한다

162 2. 항체유전자의재배열과항체의다양성

163 1) B cell repertoire 는십억개이상의다양한특이성을가진항체로구성 특이성이다른항체가각각의유전자로부터만들어지려면, 수십억개의유전자가필요 인간 genome 에있는유전자수는많아야 10 만개정도 항체유전자는유전자조각을조합하는방식으로다양성을획득 : 항체유전자의재배열 (Ig gene rearrangement)

164 2) 항체유전자의재배열 (Ig gene rearrangement) 의발견 1965 년 Dreyer 와 Bennet 은항체단백질의유전자는조각나있으며, 이들은 B cell 이되는과정에서임의적으로합쳐진다 : 항체유전자의재배열과정 : 다양한조합 (combination) 의형성 1980 년 Tonegawa 는 Southern blotting technique 을이용하여항체유전자의재배열이 B cell 이성숙하는동안 DNA 를조작하여나타남을증명 : restriction fragment length polymorphism (RFLP)

165 항체유전자의재배열과그확인법

166 3) 항체유전자의구조 (genomic organization) 다양한구조의항체유전자분리 (cloning of immunoglobulin gene) : B cell 이아닌세포로부터원래의항체유전자 (germ line DNA) 를분리 : B cell 로부터재배열된 (rearranged) DNA 를분리 : B cell 로부터항체유전자 mrna 로부터 cdna 를 cloning 이들항체유전자의염기서열이나유전자구조를비교

167 3-1) κ light chain 의 germ line gene 의구성 여러개의 V 지역과한개의 C 지역유전자가서로분리되어있다 κ light chain C 지역유전자의 5 쪽에 100 여개의 V region 유전자가있다 : 비슷한 V 지역유전자들이 families 로모여있다 κ light chain V 지역유전자는 V 유전자조각 (gene segment) 과 J (joining) 유전자조각으로구성 : 백여개의 V gene segment 와여러개의 J gene segment

168 λ light chain 유전자의구조

169 3-2) Heavy chain 의 germ line gene 의구성 여러개의 V 지역이모여있으며, 각각의급에해당하는 C 지역유전자들이서로모여있다 Heavy chain C 지역유전자의 5 쪽에 100 여개 V region 유전자가있다 Heavy chain V 지역유전자는 V 유전자조각 (gene segment) 과 J (joining) 유전자조각, D (diversity) 유전자조작으로구성 : 백여개의 V gene segment 와 4 개의 J gene segment, 10 여개의 D gene segment 로구성

170 3-3) 항체의 Variable region 의다양성 Light chain V 지역의 V 와 J gene segment 의조합 Heavy chain V 지역의 V, J, and D gene segment 의조합

171 4) 항체유전자의재배열과정 Ig gene rearrangement 는골수에서 B cell 이성숙될때나타난다 heavy chain rearrangement 는 light chain rearrangement 보다먼저일어난다 : μ chain 의생산이 light chain rearrangement 에필요 한염색체에서 heavy chain 의재배열이잘일어나면, 다른 heavy chain 대립유전자의재배열을없다 : allele 의배제 (allelic exclusion) 같은현상이 light chain gene 의재배열에도나타나, 하나의 B cell 은한가지의항체만을생산

172 κ light chain 유전자 V 지역유전자조각과그재배열

173 heavy chain 유전자 V 지역유전자조각과그재배열

174

175 5) antibody 의다양성을이루는기전 heavy chain 과 light chain 의 germ line V 지역유전자가백여개이다 V, D, J gene segment 의재배열을통하여다양한조합을가진 V 지역유전자가만들어진다 V, D, J gene segment 를합칠때일정하게합치지않고부정확하게합치거나, nucleotide 를첨가하여더욱더다양하게합친다 : 합쳐지는지역의다양성 (junctional diversity) 체세포돌연변이 (somatic mutation) Heavy chain 과 light chain 단백질을합친다

176

177 다양한항체유전자가만들어지는기작

178 6) 항체의 affinity maturation mature B cell 이항원에의해자극되면시간이지날수록얻어지는항체의친화력이증가한다 항체유전자의 Heavy 와 Light chain gene 의 V 지역유전자를비교하여보면 V 지역유전자에돌연변이가유도 : 체세포돌연변이 (somatic mutation) somatic mutation 은 CDR 지역에주로나타나며, T cell 의상호작용이필요 : 친화력이증가된항체가항원에의하여선택

179 항체유전자의체세포돌연변이

180 7) mature B cell 에서 IgM 과 IgD 의동시발현 Mature B cell 에서는 μ 와 δ chain 의 mrna 가모두생산된다 : 하나의 RNA 전사체를달리조작하여 2 가지 mrna 를생산 Heavy chain C 지역유전자부분에서 splicing 을조절 : alternative splicing

181 RNA 조작을통한 IgM 과 IgD 항체의생산 (alternative splicing)

182 8) 세포막형항체에서세포밖으로분비되는항체로전환 B cell 이항원의자극을받으면전사된 RNA 를세포막형 mrna 대신에세포밖으로분비되는 mrna 로조작 : alternatively splicing

183 항체단백질의생산과분비과정

184 9) Heavy chain class switching (isotype switching) 성숙된 B cell 이항원자극을받으면 heavy chain C 지역유전자에서유전자재조합이나타난다 : homologous recombination 또는 switch recombination : 재배열된특정한 VDJ 에원래와는다른 C 지역이가까이배열 일차적으로전사된 RNA 를다양하게조작하여 RNA 수준에서특정한 VDJ 와다른 C 지역을연결 : alternative splicing

185 DNA 재조합 (switch recombination) 을통한항체급의전환

186 제 6 장주조직적합복합체 Major Histocompatibility Complex (MHC)

187 MHC 는면역세포상호작용과자신과비자신 (self and non-self) 의구별에중요한역할을하는유전자자리 (genetic locus) 조직이식에서조직적합성 (histocompatibility) 을결정하는주요한유전자 : 주조직적합 (major histocompatibility) 유전자 여러개의연관된유전자 (linked gene) 들의집단에의하여조직이식이결정 : 복합적유전자자리 (complex genetic loci)

188 MHC 는 T cell 의면역반응에서매우 : T cell 은 MHC- 항원복합체를인식 T cell 은면역반응을조절하는세포이므로 MHC 는면역반응조절에중요 : 이식거절반응도면역반응의결과이므로 MHC 는조직적합성을결정

189 1. MHC 의발견

190 1) 이식거절반응과 H2 locus Snell 은 inbred mice 를이용하여생쥐피부암세포를이식한 (transplantation) 후암세포의증식을조사 : 일부 strain 사이에서는암세포가자라지못하고죽는것을확인 : 이식거절현상의존재 이식거절이되는경우생쥐에 H-2 antibody 가생성되는것을확인 : H-2 항원 (antigen II) 에대한유전학적인연구

191 1-1) H-2 locus 에대한유전학적인연구 각종 inbred strain, recombinant strain 을활용하여특정한유전자자리를확인 : H-2 locus 배경염색체의구성은같으나염새체의일부지역만서로다른 congenic strain 을만들어 H-2 locus 의정확한위치를학인 : congenic strain

192 congenic strain 의생산과정

193 1-2) histocompatibility II (H-2) locus 3 개의유전자자리가 rejection 에관여하는것을확인 : 복합적인유전자지역 (complex genetic region) 생쥐의경우 K, D, L genetic locus : H-2K, H-2D, H-2L : 사람의경우 HLA-A, B, C

194 2) 면역반응유전자의확인 (immune response or Ir gene) Benaceraff 는 guinea pig 에서단순한구조의 peptide antigen 에대한항체반응이 strain 에따라다르게나타나는것을확인 : antibody response 를조절하는유전자자리를확인 : Ir gene locus 의학인 McDevitt 은 congenic strain 을이용하여 Ir locus 의염섹체상위치를확인 : 생쥐의 I-A 와 I-E locus

195 3) MHC 의확인 Snell 이발견한 H-2 locus 들과 Benaceraff 가발견한 Ir gene locus 는서로아주가까이연관되어있는유전자자리임이확인됨 : 둘다비슷한성질즉, 면역반응을결정한다는점이일치 : 두유전자자리를합쳐서 MHC 라고부르게됨 두가지의 MHC : H-2 locus 들은 class I MHC : Ir locus 들은 class I MHC

196 4) 생쥐의 MHC region 유전학적인연구결과 3 개의 class I locus 들과 2 개의 class II locus 들이확인 : H-2K, H-2D, H-2L, I-A, I-E : 전체적으로한염색체에대략 10 여개의 MHC 유전자가존재 각각의 MHC 유전자들은모두다단백질을생산하여세포막에발현된다 : 그러므로한세포가보여주는 MHC 단백질은대략 20 여가지가된다 이들 20 여가지 MHC 유전자의전체적인형을 MHC haplotype 이라고한다 : inbred strain 이다르면이전체적인형이디를수있다.

197 4) class III MHC loci MHC region 에있는 class I 과 II 유전자외의다른유전자 : TNF, LT 등의 cytokine genes : a complement protein : peptide transporter gene (TAP gene)

198 5) MHC polymorphism MHC 의각각의유전자들은유전자형이수백가지이다 : 유전자의대립인자형 (allotype)d 이매우많은 polymorphic gene 한개인이가지고있는 MHC haplotype 은이들다양한 allotype 의조합 : 엄청나게다양한 MHC haplotype 이존재 MHC region 은종내에서개체간의차이를결정한다 : self 와 non-self 를결정하는주요한유전자

199 6) 사람의 MHC 사람의경우는아래의경우형성되는항체 (human alloantiserum) 를이용하여연구 : allogenic blood transfusion : allogeneic organ transplantation : 임신한여성 (pregnant woman) human alloantibody 는 allogeneic cells 에대한항체로 alloantigen 을확인 : human MHC locus 의확인

200 6-1) human MHC region human MHC 는 HLA (human leukocyte antigens) region 라고부른다 6 개의 polymorphic gene loci : class I MHC locus- HLA-A, B, C : class II MHC locus- HLA-D (DP, DQ, DR) 이지역에는대략 20 여개의 MHC 유전자가존재 : 개인들마다이들 MHC 유전자의전체적인형 (haplotype) 이다르다 : 유전자가한염색체에가까이연관되어있어서형제간에는같은형이존재

201 2. MHC 의기능

202 1) T cell 의항원인식에서의 MHC 에의한제한 (MHC restriction) Zinkernagel 과 Doherty 는생쥐에 LCM 바이러스를감염시킨후, T cell 이감염된세포를죽이는세포독성시험 (cytotoxicity assay) 을수행 T cell 은 T cell 과같은 strain 의생쥐에서얻은세포가 LCMV 바이러스에감염되었을때세포독성이있는것을확인 : LCMV 가 MHC haplotype 이 T cell 과같은세포에감염시독성효과 T cell 은항원과더불어 MHC type 도같이인식하여반응

203 2) T cell 에의한항원인식 T cell 은항원이단백질또는단백질과복합체항원과반응 T cell 은항원을있는그대로인식하지못하고항원이특정한세포에의하여제시되었을때반응 : 항원과 MHC 의복합체를 T cell 이인식 : T 임프구항원수용체 (T cell receptor) 과 MHC-peptide 반응

204 3) 두가지종류의 T 임프구집단 CD4+ T cell : 일반적으로, helper T cell 또는 regulatory T cell : 면역반응을촉진하거나억제 : class II MHC-peptide 와반응 CD8+ T cell : 일반적으로세포독성 (cytotoxic) T cells : 바이러스에감염된세포나종양세포등을살해 : class I MHC-peptide 와반응

205 3. MHC MOLECULE 의구조

206 1)class I MHC molecules 세포막에결합된두가지단백질복합체 (membrane bound heterodimer) : α chain 또는 heavy chain : β-2 microglobulin α chain 은세포막을통과하여세포막에결합 : β-2 microglobulin 은비공유적으로 α chain 과결합

207 1-1) class I MHC 의 polymorphic region α chain 의 N-terminal 지역의두 domain 은 allotype 다른 α chain 에서그아미노산배열이서로다르다 ; polymorphic region β-2 microglobulin 은 allotype 이없는다양하지않은사슬이다 : non-polymorphic chain

208 1-2) HLA-A 의 3 차구조 α chain 의 polymorphic 한아미노터미날의두 domain (α1 과 α2) 는 basket 모양의홈 (cleft) 을형성 ) : amino acid residues 의 peptide 가결합하는자리 이파인홈에는항원에서얻어진 peptide 가결합되고, TCR 은 MHC 와항원 peptide 를동시에인식 : 하나의 TCR 이 antigen 과 MHC 를동시에인식

209 2) class II MHC 세포막에결합된두가지단백질복합체 (membrane bound heterodimer) : α chain 과 β chain α chain 과 β chain 은분자량도비슷하며, 모두세포막을통과하여세포막에결합 : 서로비공유적으로결합

210 2-1) class II MHC 의 polymorphic region α chain 의 N-terminal 지역한 domain 과 β chain 의 N-terminal 지역한 domain 은 polymorphic region : 두 domain 은 class I MHC 처럼합쳐져하나의구조를형성 Class I MHC 처럼항원펩타이드결합부위를형성

211 4. MHC 의유전학

212 1) 염색체의 MHC region human HLA 는 6 번 chromosome 의 short arm 에존재 : 약 3,500 kb 지역 : β2 microglobulin gene 은 15 번염색체에존재 class I 과유사한유전자들이 HLA-A loci 에서발견된다

213 2) MHC 단백질의발현 사람의경우세포표면에적어도 6 개의 class I molecule 과 20 개의 class II molecule 을발현 : 개개인의 peptide binding possibility 를증가 결과적으로 haplotype 의종류도엄청나게다양 : self 와 non-self 의구별

214 class I 과 II MHC 유전자의구조와단백질과의관계

215 2-1) class I 과 II MHC 의발현패턴 class I and class II MHC 의발현양상이서로다르다 class I MHC 는모든세포에서발현 class II MHC 는면역반응에관여하는일부의 cell 에서만발현된다 : 항원제시세포 (antigen presenting cells)

216 2-2) class I 과 II MHC 의발현패턴의의미 class I MHC 는모든세포에서발현되며, 세포가변형되었을때, 세포독성 T cell 에항원을제시 : CD8+ cytotoxic T cell 에의해인식된다 class II MHC 는항원제시세포에서발현되어 CD4+ T cell 의작용을받는다 : immune response 의조절

217 5. MHC 의항원제시과정 (antigen presentation)

218 1) MHC molecule 의생합성과항원의제시과정 Zigler 와 Unauae 는단백질항원을살아있는대식세포와반응하면 T cell 반응유도 : 이때, 죽은대식세포와단백질항원을반응시키면 T cell 무반응 항원펩타이드를죽은대식세포와반응시키면 T cell 반응이유도 : 단백질항원을펩타이드로절단하는과정이필요 : 항원의조작 (antigen processing) 항원단백질은살아있는대식세포안에서조작되어야 (antigen processing) 제대로 T cell 에제시될수있음

219 2) 항원펩타이드와 MHC 의결합의구조적특징 class I 과 class II MHC 에는항원펩타이드가결합하는바구니모양의구조가존재 : 두개의 polymorphic 한 domain 이합쳐져하나의바구니형성 존재하는다양한항원펩타이드를 20 여가지의 MHC 분자가모두수용해야한다 : 항원펩타이드와 MHC 분자의결합은어느정도개방적이고애매

220 3) 항원과 MHC 의결합에는 2 가지경로가존재 Class I MHC 와결합하는 cytosolic pathway ( 세포질경로 ) : 단백질합성을억제하는 emetine 에의해억제 Class II MHC 와결합하는 endocytic pathway : 세포내이동과정을억제하는 chloroquine 에억제

221 4) class I MHC 의항원제시 (cytosolic pathway) class I MHC 의 mrna 는 membrane bound ribosome 에서번역된다 번역과동시에소포체로이동하고, 그곳에서 β-2 microglobulin 과결합한후, 다시항원 peptide 와결합한다 : 세포질에서반역되어만들어진항원펩타이드와결합 : 항원단백질의분해및 ER 로의항원펩타이드수송 세포막으로 MHC-peptide complex 의수송

222 5) class II MHC 의항원제시 (endocytic pathway) α and β chain 의 mrna 는 membrane bound ribosome 에서같이번역된다 이들두단백질은 ER 에서서로결합되며, invariant chain 과결합한후, endosome 으로수송 : class II MHC 가 ER 에서항원펩타이드와결합하는것을방지 endosome 에서외부에서들어온항원과결합할때, invariant chain 은떨어져나가고, 항원펩타이드와결합한다

223 6) class I 과 class II MHC 의항원제시의의미 항원의존재위치에따라효율적인면역반응의유도 class I MHC 는세포내부에서유래된항원을 CD8 T cell 에보여준다 : CD8 T cell 에의한효과적인세포매개성면역반응을유도 : 세포내부에항원이있는바이러스감염된세포나암세포를제거 class II MHC 는세포외부에서유래된항원을 CD4 T cell 에보여준다 : 체액성면역반응 ( 항체생산 ) 의유도 : 항체가효과적으로조직사이에있는항원을제거

224 7) MHC 와항원펩타이드의결합 MHC 와잘결합하는항원펩타이드는좋은면역반응을유도 : 항원의면역원성 (immunogenecity) 를결정 MHC 와항원펩타이드의결합에는항원펩타이드의아미노산배열이중요 : MHC 단백질마다선호하는아미노산배열이존재 ( 면역우성 epitope) : 효과적인항원지세를위하여 20 여가지의 MHC 단백질이필요

225 제 6 장 T 림프구면역학 T cell immunology

226 1) T 림프구 획득면역반응을결정하는림프구 : 체액성면역반응및세포매개성면역반응모두조절 직접특정한세포를살해하긷한다 : 세포독성 T cell (CTL)

227 2) T cell 의종류 조력 T 림프구 (Helper T cell) 와조절 T 림프구 (regulatory T cell) : 면역반응을촉진하거나억제하는조절세포 : CD4 T cell 세포독성 T 림프구 (cytotoxic T cell, CTL) : 바이러스에감염된세포나종양세포를살해하는작용세포

228 3) T cel clone 과항원인식 T cell 도 B cell 처럼특이적인항원수용체를가진다양한 clone 으로존재 : Thymus 에서성숙되어다양한 T cell clone 이생성 (T cell repertoire) T cell 의항원인식은 MHC 분자를통하여이루어진다 : MHC 제한 (MHC restriction) CD4 T cell 은 class II 에의하여, CD8 T cell 은 class I 에의하여제한

229 1. T 세포항원수용체 (T cell receptor)

230 1) T cell receptor (T 세포수용체, TCR) 각각의 T cell clone 은항원특이성이다르며, 그항원인식은 T cell 표면에있는항원수용체를통하여이루어진다 : αβ TCR TCR 은 MHC 와항원을동시에인식 : MHC restriction TCR 의항원인식에는 CD3, CD4, CD8 등의단백질이필요

231 2) TCR 의확인 Allison 은 T cell clone 에특이적인 anti-tcr monoclonal antibody 를준비 : anti-idiotype antibody TCR 은비슷한크기의두분자의세포막단백질로구성 (heterodimer) : αβ T cell receptor (T 세포수용체, TCR) 의확인 TCR 은항원자극이있어도세포에서분비되지않는다

232 2-1) αβ T cell receptor 의생화학적특징 αβ T cell receptor 는 α, β chain 두가지단백질이서로공유결합되어세포막에존재한다 : 이들 α chain 과 β chain 은세포막에서 CD3 단백질과복합체를형성 : CD3-TCR complex α chain 과 β chain 단백질사슬은항체와유사한 domain 구조를형성 : V region domain 과 C region domain 으로구성 : 항체유전자대가족 (immunoglobulin gene superfamily)

233 2-2) αβ T cell receptor 의입체구조 TCR 의 α 와 β chain 의 V region 의일부가 MHC 단백질의 binding cleft 에있는 helical side chain 과항원 peptide 에직접상호작 : TCRdl 직접 MHC- 항원복합체와결합

234 3) THE γδ TCR γδ TCR 은 αβ TCR 와매우유사하나 αβ TCR 을발현하지않는소수의 T cell clone 에서발현된다. : γδ TCR 는성숙중인 immature thymocyte 에서도발현 γδ T cell 은항원특이성과기능면에서 αβ T cell 과는매우다르다 : 소장의점막이나상피조직에있는일부의 T cell : 항원인식도 MHC 에의해제한되어있지않다 : 결핵균의 PPD 나 heat shock protein 등특수한항원과반응

235 4) TCR 유전자의분리 Davis 는 T cell 에서만발현되며, DNA 재배열 (DNA rearrangement) 을하는항체유전자와유사한유전자를분리 : subtractive hybridization 기술의이용 ( 그림 5) 두가지의 TCR 유전자 : αβ T cell receptor 와 γδ T cell receptor 유전자

236 4-1) germ line TCR 유전자의구조 TCR 유전자의 genomic organization 은항체유전자의구성과상당히유사 : V region 과 C region 은서로분리된유전자로존재 : V region 은다시여러개의유전자조각 (gene segment) 으로구성

237 4-2) TCR gene 의재배열괴발현 TCR 단백질사슬의발현을위하여유전자의재배열이필요 : 재배열과정도항체유전자의경우와매우유사 TCR 유전자의재배열은 T cell 이분화성숙되는동안유도 allelic exclusion 현상에의하여하나의 T cell 표면에는단지한가지의 αβ TCR 만이발현

238 4-3) αβ TCR 의다양성 항체의다양성확보과정과유사 : V, D, J gene segment 등다양한 germ line gene 을조합 : gene segment 의조합시 junctional diversity : α 와 β chain 의조합 항체의경우와는다르게항원에의하여친화력이증가되지않는다 : 체세포돌연변이 (somatic mutation) 는없슴

239 2. T cell 의부속분자 (accessory molecules)

240 1) T cel 의항원인식에부속분자가필요한이유 TCR 과 MHC-peptide 복합체간의결합친화력은비교적낮은편이어서그자체로 T cell 을자극하기에불충분 : TCR 이외에도여러가지의 T cell 표면단백질들의도움이필요

241 2) accessory molecule 의특성 다른세포표면의단백질 (ligand) 과특이적으로 (specifically) 결합 다형의분자가아니다 (non-polymorphic molecule) : 반응하는 ligand 도다형의분자가아니다 TCR 의항원인식신호를 T cell 으로전달하는신호전달과정에도관여

242 3) THE CD3 COMPLEX CD3 는 TCR 과 T cell 표면에서하나의복합체로존재하는부속분자단백질 : γ, δ, ε, δ, ε chain 이라고불리는다섯가지의단백질 : TCR 과함께 αβ:γδεδδ 또는 αβ:γδεδε 상태의 TCR/CD3 complex 로존재 Ligand 결합보다는세포내로활성화신호를전달하는기능 : OKT3 와같은 CD3 에대한일부항체는자체적으로 T cell 을활성화한다

243 4) CD4 와 CD8 CD4 와 CD8 은 T cell 을두가지의집단으로구분하는데이용 : 말초혈액의 αβ T cell 중 2/3 은 CD4+, CD8- T cell : 나머지 1/3 은 CD4-, CD8+ T cell CD4 T cell 은 helper T cell 의기능을보여주며, 이들은항원인식이 class II MHC 에의해제한 CD8 T cell 은 cytotoxic T cell 의기능을가지고있으며, 그들의항원인식은 class I MHC 에의해제한

244 4-1) CD4 와 CD8 의 MHC-peptide 와결합 CD4 와 CD8 은 TCR complex 의일부로 MHC-peptide 인식에관여 CD4 와 CD8 은 non-polymorphic 분자로 MHC 의 non-polymorphic 지역에결합 : TCR 은 polymorphic 분자로 MHC-peptide 의 polymorphic 부분에직접결합

245 4-2) CD4 세포막에있는당단백질 (monomeric membrane glycoprotein) 로한부자의 non-polymorphic 한단백질 : 사람에서 Leu3 또는 T4, 생쥐에서 L3T4 : 사람의 CD4 는 HIV 바이러스의수용체 class II MHC 의 non-polymorphic region 에결합하여 TCR 의 MHCpeptide 인식을강하게만듬 CD4 의세포질쪽에는 tyrosine kinase p56lck 이결합되어있어서 T cell 에활성화신호전달

246 4-3) CD8 CD8 는 α 와 β 의두가지단백질로구성된세포막에결합된당단백질 (dimeric membrane glycoprotein) 로 polymorphic 하지않다 : 사람에서는 Leu2 또는 T8, 생쥐에서는 Lyt-2/Lyt-3 CD8 은 class I MHC 의 non-polymorphic region 에결합하여 TCR 의 MHC-peptide 인식을강하게만듬 세포질쪽에는 tyrosine kinase p56lck 이결합되어있어서 T cell 의활성화신호전달

247 5) 기타 accessory molecules CD2 는 T11, LFA-2, Leu5, SRBC receptor 라고불리며, LFA-3 또는 CD58 과결합하는분자 LFA-1 (lymphocyte function-associated antigen-1) 은 integrin family 에속하는세포결합단백질로 ICAM-1 과 ICAM-2 와결합 CD28, CD44, CD45, CD5, Thy-1, Ly-6 등

248 3. T 림프구성숙 (T cell maturation)

249 1) T cell 의성숙 T 림프구성숙은골수줄기세포가흉선에서적절한 T cell 로분화하는과정 흉선에서는자신의 (self) MHC 와결합되어있는외부항원을잘인식하는 TCR 을가진 T cell 만이성숙됨 흉선의 MHC 에의하여말초혈액의성숙된 T cell clone 의집단이변경됨

250 2) 흉선과 T cell 의성숙 흉선이없는 athymic mice (nude mice) 나 athymic human (digeorge syndrome) 은성숙된말초혈액의 T cell 수가적으며, 그결과 T cell 의결핍으로인한면역결핍 (immune deficiency) 이발생 : 흉선의중요성 일부의 T cell 들은 thymus 과상관없이성숙 : 흉선외성숙 (extrathymic development).

251 2-1) 흉선이식실험과흉선의교육 (thymus education) F1(AxB) 생쥐의흉선을제거한후, 이생쥐에 A strain 의흉선을이식하면 T cell 은항원이 A strain 의 MHC 와결합되었을때에만인식 반대로 B strain 의흉선을이식한경우에는 T cell 들이 B strain 의 MHC 와결합된항원만을인식 T cell 이 MHC 를인식하는성질은흉선이결정한다 : self MHC 란말은흉선의세포들이 T cell 에게보여주는 MHC

252 2-2) 말초혈액의 T cell repertoire 말초혈액에있는 mature T cell clone 의전체가지수는 peripheral T cell 표면에있는 αβ TCR 의종류에의해결정된다. : primary T cell repertoire 이 primary T cell repertoire 는 TCR 유전자의재배열결과만들어진 V region 의전체종류보다적다 : 흉선에서의성숙의과정동안일부 TCR 들은제거된다 : self MHC restriction 과 self tolerance ( 자기내성 ) 를위하여변경

253 3) T cell 성숙의 3 단계과정 골수줄기세포의이동과증식과정 : 골수에서 progenitor T cell (pro T cell) 은흉선의피질을통하여이동 : 그곳에서증식하여흉선세포 (thymocytes, immature T cell) 가됨 흉선에서의 thymocyte 분화과정 (differentiation) : 수질로이동하는동안흉선세포는 CD3:TCR, CD4, CD8 모두를발현 선택의과정 (selection) : 이들흉선세포중에서적절한 thymocyte 를선택하는과정 : self restriction 과 self toleranc 를확립

254 3-1) 흉선에서의성숙과정 흉선으로들어온 pro T cell 들은 TCR, CD3, CD4 그리고 CD8 등을발현하지않은기능이없는세포 (non-functional cell) : double negative tymocyte 피질에서미성숙된흉선세포 (immature thymocytes) 로분화하게되며, 이때작은양의 CD3:TCR 를발현하게되고, CD4 와 CD8 을모두발현 : double positive tymocyte 이들세포들은피질에서수질로이동하는동안다른세포들과접촉하여자신의 MHC 에외부항원 peptide 가결합된것을잘인식하는흉선세포만을선별선택과정을거친흉선세포는 αβ TCR 을가지고있으며, CD4 와 CD8 중하나만을가지고발현 : single positive T cell (CD8 Tcell 과 CD4 Tcell)

255

256 흉선에서의 T cell 성숙과정

257 3-3) 흉선에서의선택과정 자신의 MHC 와결합하는흉선세포만을증식시키는 positive selection ( 양성선택 ) : MHC 와 self peptide complex 를인식할수있는 thymocyte 들을증식 : self MHC restriction 의확립 : 흉선의 epithelial cell 의 MHC 와의상호작용 자신의 MHC 와 self peptide 와결합하는흉선세포를제거하는 negative selection ( 음성선택 ) : MHC-self peptide 와잘결합하는 thymocyte 들을제거 : self tolerance 의확립 : 흉선의 thymocyte 와 macrophage, dendritic cell 의작용

258 3-4) 흉선선택의과정에 αβ TCR 뿐아니라 CD4, CD8 도중요

259 4) 말초혈액에서의성숙된 T cell 의분화 말초혈액의 mature T cell 은항원자극에의하여다시분화하여면역반응을조절 두그룹의 helper T cell (CD4 T cell) : Th2 와 Th1 cell : Th2 cell 은 IL-4 를생산하며 IgE 항체를생산하게하여 allergy 반응에서중요 : Th1 cell 은 γ-ifn 를생산하여세포매개성면역반응이나 IgG 의생산에관여 CTL 의경우도말초에서항원에의하여다시분화됨

260 Th1 과 Th1 의분화

261 4. T 림프구활성화 (T cell activation)

262 1) T cell 의활성화 T cell 이표면의 TCR 을통하여항원과 MHC 를인식하면 T cell 은증식하고분화 ( 그림 16) : T cell 의활성화과정 항원은특정한 TCR 을가지고있는 T cell 클론만을선택하여활성화한다 : 클론선택이론 T cell 활성화후일부는기억세포로전환

263 2) T cell 의활성화와초항원 어떤항원은 TCR 의항원인식특이성과는상관없이여러가지다른종류의 T cell 클론들을집단적으로활성화시킨다 : 포도상구군의장독소 (enterotoxin) 여러클론이동시에활성화되므로 super antigen ( 초항원 )

264 3) T cell 이활성화의과정 TCR 과 MHC- 항원의결합은초기신호가세포내로전달초기신호는궁극적으로핵으로전달 : T cell 의증식과분화에필요한여러가지유전자의발현유도특정한 T cell clone 의증식과분화

265 T cell 활성화과정중단계적으로나타나는분자들

266 4) T cell 이활성화의두가지신호 TCR 을통하여항원제시세포로부터항원인식신호와다른종류의자극을필요 : 공동자극신호 (co-stimulator signal) : 항원제시세포의 B7 과 T cell 의 B220 와의상호작용

267 5) T cell 의죽음 (apoptosis) 말초혈액에서반응을다하거나반응하지못한 T cell 은사라진다 : 정상적인 T cell population (T cell repertoire) 을유지 흉선에서성숙하는동안자신의 MHC 와반응할수없는 thymocyte 나자신과너무잘반응하는 thymocyte 들은제거된다 T cell 의제거는세포자살의과정

268 제 8 장사이토카인 (Cytokines)

269 면역반응의세포상호작용 면역반응이적절하게일어나기위하여는여러면역세포들의직접적인또는간접적인상호작용이있어야한다 두가지의세포상호작용방법 : 세포표면의수용체간의직접적으로결합 : 세포가분비해낸단백질에의한상호작용 - 사이토카인 (cytokine) 에의한상호작용

270 1. Cytokine 의특성

271 1)Cytokine 이란 사이토카인은면역세포가만들어세포밖으로분비한단백질로면역세포의활성화 (activation), 성장 (growth), 분화 (differentiation) 등을조절 : 자연면역과획득면역반응에관여 : 면역세포의성숙과정에도중요 사이토카인의다른이름 : mononuclear cells 이생산하는 monokine : 림프구가만들어내는 lymphokine 또는 interleukin (IL) : 면역세포의성숙을조절하는 colony stimulating factor (CSF)

272 2) 사이토카인의일반적인성질 특정한하나의사이토카인은여러가지의세포에의해만들어진다. : 또한특정한하나의세포는여러가지의사이토카인을생산 같은사이토카인이다른세포에작용하여다른반응을유도할수있다 : 반응의다양성 (pleiotropism). 다른사이토카인이같은세포에작용하여같은종류의변화를유도하기도한다 : 활성의중복성 (redundancy) 다른사이토카인이같이작용하여효과가더커지거나상쇄될수도있다 : 상승작용 (synergy) 또는길항작용 (antagonism). 사이토카인은다른사이토카인의생산에영향을미칠수있으며, 결과적으로다양한사이토카인의연쇄반응을유도할수도있다 : 연쇄유도 (cascade induction). 사이토카인의작용은그분비가분비는일시적으로일어나고곧자연히사라져버린다 : 자기제한 (self limitation)

273 사이토카인의특성

274 3) 사이토카인의구조 사이토카인은대부분저분자량의단백질 : 분자량이 30KDa 이하단백질의구조적유사성에따라 4 가지그룹으로분류 : the hematopoietin family : the interferon family : the chemokine family : the tumor necrosis family

275 4) Cytokine 의작용방법 사이토카인의작용은특정한세포의표면에존재하는수용체 (cytokine receptor) 에결합하여작용을나타낸다 : 특이적수용체 3 가지의 cytokine action : 이웃해있는세포에작용 (paracrine factor) : 호르몬처럼멀리떨어져있는세포에작용 (endocrine factor, 내분비인자 ) : 자기세포에작용 (autocrine factor, 자가분비인자 )

276 2. 사이토카인의종류및기능

277 다양한사이토카인이자연면역과획득면역의각단계에작용 : 항원인식에서부터작용단계에이르기까지다양한사이토카인들이관여 일부의사이토카인들은림프구나기타혈구의생성에도관여

278 1) IL-1 (interleukin 1) IL-1 은활성화된단핵식균세포, 상피세포 (epithelial cells), 혈관내피세포 (endothelial cell) 등에의해생산 : IL-1α 와 IL-1β 의두가지형이존재 IL-1 은염증반응에서중요한역할 : 적은양에서는 CD4 T cell 과 B cell 의활성화하며, 염증세포를자극 : 과량만들어지면발열, 급성기반응 (acute phases response) 유도

279 2) IL-2 (interleukin-2) IL-2 는 CD4 T cell 에의해생산되먀 T cell 의분화및활성화에중요 : T cell growth factor IL-2 는 NK cell 에작용하여성장을촉진하며, 그것의살해능력을강화 : lymphokine activated killer (LAK) IL-2 는 B cell 에작용하여그성장을촉진

280 3) IL-4 (interleukin 4) IL-4 는 CD4 T cell 과 activated mast cell 에의해생산되며, B cell 의증식을촉진하는인자 : B cell 에서항체의 class switch 에도중요 IL-4 는 CD4 T cell, mast cell, macrophage 등을활성화하기도한다

281 4) IL-8 (chemokines) IL-8 은염증세포들을활성화하고, 엄증세포를염증부위로유인 : 화학유인인자 (chemotatic factor, chemokines)

282 5) IFN-γ (gamma interferon) IFN-γ 는 T cell 에의해생산되어바이러스의증식을억제할뿐아니라, 면역반응을조절 : immune interferon IFN-γ 는 T cell, B cell, neutrophils, NK cells, vascular endothelial cell 에작용하여그들을활성화 : macrophage 에작용하여 MHC expression 을증가

283 6) TGF-β (transforming growth factor-β) TGF-β 는 activated T cell 과 mononuclear phagocytes 에의해생산되며, 다양한세포에작용하여그들을활성화또는억제 : 다른사이토카인의작용을방해하기도한다 TGF-β 는새로운혈관의생성에도관여 : 혈관신생과정 (angiogenesis)

284 7) tumor necrosis factor α (TNF-α) TNF-α 는세균의내독소 (LPS) 에의해활성화된림프구에의해서생산되어염증반응을매개 : TNF-α 가적은양생성되면국소염증반응으로항원을제거 : T 와 B cell 의활성화에도관여 TNF-α 가과량생산되면조직의손상이나전신혈관응고, 그리로쇼크까지이르는심각한결과를초래 : 그람음성세균패혈증에따른내독소쇼크 (endotoxin shock) TNF-α 는종양세포에작용하여세포자살 (apoptosis) 를유도 : 항종양작용

285 8) 혈구생성과정 (hematopoiesis) 을촉진하는사이토카인 골수의혈액줄기세포에작용하여, 특정한세포의분화및성장을촉진하는단백질인자 : colony stimulating factors (CSF) : IL-3, GM-CSF, M-CSF, G-CSF, IL-7 등 IL-3 는여러 type 의혈구를생산 (multilineage CSF) GM-CSF 는 granulocyte 와 monocyte 계통의세포들이분화되도록조절 M-CSF 는 monocytes 가될세포들에작용 G-CSF 는 granulocytes 가될세포들에작용 IL-7 은 B lymphocytes 가될세포에작용

286 3. 사이토카인수용체 (cytokine receptors)

287 1) 사이토카인수용체의특성 다양한세포의표면에발현되어사이토카인의작용을나타내는단백질. 구조적특성에따라 5 가지그룹의사이토카인수용체가존재 : immunioglobulin superfamily receptor : class I cytokine receptor family : class II cytokine receptor family : TNF receptor family : chemokine receptor family

288 2) IL-2 와 IL-2 수용체의작용방식 IL-2 receptor 는 α, β, γ 의세가지단백질사슬로구성되며, 이들의조합에따라다양한친화력의 IL-2 receptor 분자를형성 : 낮은친화력, 중간친화력, 높은친화력의수용체 활성화된 T cell 은높은친화력의 IL-2 receptor 를생산 : 정상적인 IL-2 양에서는이들세포만이활성화 NK cell 은중간친화력의 IL-2 receptor 를발현하여고농도의 IL-2 와반응

289 3) IFN-γ 수용체에의한신호전달 사이토카인수용체는사이토카인의결합을세포내부로전달하여세포에변화를유도 : 신호전달, signal transduction IFN-γ 가 IFN-γ 수용체에결합하면수용체단백질의 α 와 β 사슬이서로결합하여, JAK1 과 JAK2 tyrosine kinase 의인산화를유도 JAK 의인산화된 tyrosine 에는 STAT1 단백질이결합하고 STAT1 인산화및 dimerization 이유도 활성화된 STAT1 dimer 는핵안으로이동하여특정한유전자의전사를조절

290 IFN-γ 수용체의신호전달과정

291 4. 사이토카인길항제 (cytokine antagonist)

292 1) 사이토카인저해제 (cutokine inhibitor) 사이토카인에결합하여그사이토카인의작용을방해하는단백질로혈액이나체액에존재하는단백질 : 특정한사이토카인과결합하여그사이토카인의수용체결합을방해 일반적으로사이토카인수용체로부터절단되어혈액으로분비된단백질 : IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IFN-γ, TNF-α 등에서발견

293 2) 안티사이토카인단백질 (anti-cytokine) 일부의바이러스들이만들어낸단백질로, 특정한사이토카인의작용을방해 사이토카인수용체의수용성분자와유사하여사이토카인과결합하여사이토카인이정상적인수용체와결합하는것을방해 사이토카인을흉내내는분자를생산하여정상적인사이토카인의작용을방해

294 5. helper T cell 과사이토카인

295 1) 2 가지그룹의 helper T cell (CD4 T cell) 면역반응은상당한부분은 helper T cell 이만들어내는사이토카인에의하여결정되며, 만들어내는사이토카인의종류에따라 2 가지로구분 : TH-1 과 TH-2 TH-1 cell 은 IL-2, IFN-γ 등을생산하여, 세포매개성면역반응이나 IgG 급의항체생산을촉진 : mature T cell 이 TH2 cell 로의분화되는것도억제 TH-2 cell 은주로 IL-4, IL-5, IL-12 등을생산하여, IgE 급항체의생산과호산구활성화를유도하여알러지반응에서중요한역할 : mature T cell 이 TH1 cell 로의분화되는것도억제

296 TH-1 과 TH-2

297 2) TH-1 과 TH-2 의활성화와면역반응 면역반응이어떠한형태로나타나느냐하는것은 TH-1 cell 이유도되었느냐아니면 TH-2 cell 이유도되었느냐와관련이있으며, 어떤 TH cell 이활성화되느냐에사이토카인이중요 : IL-4 는 TH-2 의활성화에중요 : IL-12 는 TH-1 의할성화에중요어떤사이토카인이생산되는가는항원의성질보다는어떻게항원이면역반응에노출되었는가가중요 : 활성화된대식세포는주요한 IL-12 를생산하여 TH-1 반응유도 : mast cell, eosinophil, basophil 등은 IL-4 를생산하여 TH-1 반응유도

298 3) Cytokine network TH-1 과 TH-2 세포들의할성화는복잡한사이토카인의상호작용으로나타나며, 이들두그룹의세포들간의균형이바로건강한면역상태를유지 : 일부질환의경우 helper T cell cytokine 생산의불균형확인

299 제 9 장보체계 The Complement system

300 C. Bordet 의발견 세균에대한항혈청 (anti-bacterial antiserum) 과세균을섞어주었을때, 항혈청이세균을용해 : 이때항혈청을 56 도로열처리하면세균의용해가나타나지않음을확인 항체가아닌열에불안정한어떤성분에의해세균이용해 : 항체의기능을보충하여세균을파괴한다고하여보체 (complement)

301 1. 보체의특성

302 1) 보체의일반적성질 보체단백질들은대부분간세포 (hepatocyte) 에의하여만들어지며, 활성이없는전구단백질 (zymogen, 전효소 ) 상태로혈액에존재 : C1 ~ C9 보체단백질은항원에의하여연쇄적으로활성화되어효소로전환 : 보체의활성화의단계적과정 (complement activation cascade) : 고전경로, 대체경로, 렉틴경로단백질분해효소에의한보체단백질의절단은보체활성화에서중요 : serine esterase 또는 serine protease

303 2) 보체의기능 보체는항원의제거에중요 : 항체반응의작용기능 : 염증반응촉진보체의기능 : 세균과같은미생물을파괴하여제거 (lysis) : 미생물에대한식균작용촉진 (opsonization) : 염증반응을촉진 (activation of inflammation) : 항원 - 항체복합체의제거 (clearance of immune complex)

304 2. 보체활성화경로 (the cpmplemant cascade)

305 1) 보체활성화의조절 보체는활성화되면보체가결합된항원을죽이거나염증반응을촉진하므로잘조절되어적절한장소에서적절한형태로나타나야만한다. : 보체활성화가필요한곳에서필요한만큼활성화되고사라진다. 보체활성화과정의조절

306 2) 3 가지의보체의활성화과정 고전경로 (classical pathway) : 항원항체복합체 (antigen-antibody complex) 에의하여유도 : 체액성면역반응에서항원을제거 대체경로 (alternative pathway) : 미생물의특별한표면구조에의해활성화되는과정 렉틴경로 (lectin pathway) : MBL 이세균의 mannose 에결합함으로서활성화

307 3) 보체활성화과정은초기단계는다르나후기단계는같다 보체활성화의초기단계인 C3 convertase ( 전환효소 ) 라는효소를활성화시키는과정은각각의활성화과정이서로상이 : 항체의관여유무 보체가활성화되어 membrane attack complex (MAC) 라는구조를세균의세포벽에형성하여세균을파괴하는과정은동일

308 1) 고전경로 (the classical pathway) 항원 - 항체복합체에의하여활성화되는과정으로항체가결합된세포를파괴하는과정 : IgG 와 IgM 급항체의작용기능 항체가관여하므로특이적면역반응 : 체액성면역반응

309 1-1) 고전경로의초기활성화과정 C1 은 IgM 과 IgG 의 Fc 지역과결합하여그활성화가시작 : 활성화된 C1 은 C4 를 C4a 와 C4b 로분해하며, : C4b 는근처에세균의표면에결합하여보체활성화를계속 세포에결합된 C4b 에 C2 가결합되고, 다시 C1 에의해 C2 가 C2b 와 C2a 로분해 : C2a 는세포에결합된 C4b 와 C4b2a complex 를형성 세포에결합된 C4b2a complex 는혈액중의 C3 를 C3b 로분해 : classical pathway 의 C3 convertase 의활성 C3b 는세균표면에결합된 C4b2a complex 에결합되어, C4b2a3b complex 를형성하여 C5 를절단 : 고전경로의 C5 convertase 의작용 C5 convertase 가 C5 를 C5a 와 C5b 로분해하며, 만들어진 C5b 는다시세균세포에결합하여 MAC 형성과정을족진

310 고전경로의활성화과정

311 2) 대체경로 (the alternative pathway) 미생물들이가지고있는세포표면의당구조에의하여활성화되는경로로혈액중에소량존재하는 C3b 가미생물의표면에결합됨으로서활성화 세균에대한주요한자연면역 : 항체와무관

312 2-1) 대체경로의과정 혈액중에소량존재하는 C3b 가미생물의표면에결합됨으로서유도 : 이 C3b 는혈액의 factor B 와결합하며,factor D 에의해 C3bBb 로분해 세균에결합된 C3bBb 는 properidine 에의해안정화되어대체경로의 C3 convertase 로전환되어보다많은 C3b 를생산 : 증폭과정 (amplification phase) 새로얻어진 C3b 는미생물의세포표면에결합하여 C3bBb3b complex 를형성 : 대체경로의 C5 convertase 의작용하여 C5 를 C5a 와 C5b 로분해 C5 convertase 가 C5 를 C5a 와 C5b 로분해하며, 만들어진 C5b 는다시세균세포에결합하여 MAC 형성과정을족진

313 대체경로 (the alternative pathway)

314 3) 렉틴경로 (the lectin pathway) mannose binding lectin 단백질 (MBL) 이세균의표면에있는당이나당단백질의 mannose 에결합함으로서활성화과정이시작 : MBL 은 acute phase protein 의일종으로염증반응동안생산 : 항체가관여하지않는다는점에서는자연면역 MBL 이세균에결합하면 MBL-associated serine protease (MASP) 이결합하게되고, 이 MSAP 는 C4 와 C2 를활성화하여그과정이진행 : MSAP 가 C1 을대신한다는점외에는대체경로와유사하나

315 4) 막공격복합체의형성 (the membarne attack complex, MAC) 세가지보체활성화과정으로생성된 C5 convertase 는세포표면에 membrane attack complex (MAC) 를형성 : C5 단백질을 C5a 와 C5b 로분해되며 생성된 C5b 조각은근처에세포표면에결합하며, 여기에 C6, 7, 8, 9 단백질들이연쇄적으로결합하여세포에구멍을형성 : 세균은삼투압을견디지못하고분해 (complement mediated lysis).

316 3. 보체의생물학적기능

317 1) 보체의기능과보체수용체 보체는항원과결합하여항원을가진세포를파괴하거나, 항원이제거되도록한다보체에의한항원제거는다른세포가보체와반응하여나타난다 : 보체수용체와보체의결합

318 2) 보체매개성용해 (complement mediated lysis) 보체가미생물의표면에결합하여직접세포에구멍을만들어죽인다 (complement mediated lysis) : 세균감염에대한주요한자연면역 이러한세포의분해는항체에의해서도일어날수있으므로, 자가항체 (autoantibody) 에의한자가세포의파괴도나타난다 : 자가면역증

319 미생물의보체회피방법

320 3) 식균작용강화 (opsonization) 보체는대식세포나다형핵백혈구 (PMN) 등이세균을잡아먹는식균과정을촉진 : opsonin : C3b 나 ic3b 대식세포나 PMN 의보체수용체에의한작용

321 4) 염증반응의유도 보체활성화과정에생성된 C3a, C4a, C5a 와같은작은보체단백질조각은 mast cells 이나 basophil 에결합하여이들세포를활성화 : histamine 등의작용으로염증반응진행 : anaphylatoxin

322 5) 면역복합체 (immune complex) 의제거 항체는항원과결합하여항원 - 항체복합체를형성하고, 이항원 - 항체복합체가혈액중에지속적으로존재하면염증반응을유도 C3b 는항원 - 항체복합체에결합하여대식세포에의해제거되도록유도 : 적혈구의 C3b 수용체에결합하여적혈구와함께대식세포에의해분해

323 6) 바이러스의중화 (viral neutralization) 바이러스도보체를활성화한다 : 레트로바이러스, 풍진바이러스등은대체경로나렉틴경로를활성화 : 바이러스에항체가결합되면고전경로활성화생성된 C3b 는바이러스의표면에결합하여 : 바이러스덩어리 (aggregate) 를형성하여감염을억제 : 바이러스에대한식균작용을증가

324 4. 보체활성화의조절

325 1) 무절제한보체활성화는숙주에불리 보체가숙주세포에결합하여그곳에서활성화되면숙주세포를죽일수도있으며, 보체활성화과정에만들어진단백질에의해염증반응이유도 숙주세포는보체의활동을조절할수있는각종조절단백질 (regulatory proteins) 을이용하여과다한활성화를조절 : 보체가자신의조직이나세포에결합하여활성화되는것을억제 : 활성화된보체단백질의분해를촉진

326 2) 보체활성화를조절하는단백질

327 3) 고전경로를조절하는단백질 C1 inhibitor는 C1의분해를억제하여 C1의활성화를방해 C4 binding protein (C4bp) 이나 type 1 complement receptor (CR1) 는생성된 C4b에결합하여 C2와 C4b의결합을방해 숙주의세포막에있는 decay accelerating factor (DAF) 도 C2와 C4b의결합을방해 factor I protein과 membrane cofactor protein (MCP) 은 C4b의분해를촉진

328 4) 대체경로를조절하는단백질 factor H, CR1, DAF 등의단백질은 factor B 와 C3b 의결합을방해

329 5) Mac 형성을조절하는단백질 숙주세포표면에있는 homologous restriction factor (HRF) 와 CD59 은 C7, C8 과 C5b6 의결합을방해하여 MAC 의형성을방해 혈액중에있는 S protein (vitronectin) 은 C5b,6,7 에결합하여 MAC 의형성을방해 SP-40 protein 은 MAC 을세포막으로부터유리하여 MAC 의형성을방해

330 6. 보체와연관된인간질병

331 6. 보체와연관된인간질병 유전적으로보체의과다한활성화나보체활성의결핍 미생물의지속감염이나자가면역증등으로인하여보체가비정상적으로활성화 1) 보체결핍증 보체활성초기단계의단백질이결핍 : 화농성감염증 (pyogenic infection) : immune complex disease MAC 형성에관여하는보체단백질 : 세균감염증을유도 C1 inhibitor 단백질의결핍은 hereditary angioneurotic edema 를유발 membrane protein regulator 의결핍은 paroximal nocturnal he

332 1) 보체결핍증 보체활성화과정의초기단계의단백질이결핍된경우 : 화농성감염증 (pyogenic infection) : immune complex disease MAC 형성에관여하는보체단백질의부족 : 세균감염증

333 2) 비정상적인보체활성화에따른질병의유도 과도한항원의노출이나조절단백질이상은보체의활성화과정에생성된단백질들에의해염증반응과조직의파괴유도 : immune complex 에의한 anaphylaxis response 와염증반응 : C1 inhibitor 의결핍에의한 hereditary angioneurotic edema 자가면역증의질병발생과정이되기도한다