안녕하세요?


암은 나이가 들어서 걸리기도 하지만, 젊은 나이에 걸릴 수도 있어서 상당히 무서운 질병인데, 과거에 이 블로그에서 암에 대해서 몇번 포스팅을 한적도 있기는 합니다.


링크 : 암-지독한 랜덤게임? 이라는 기사를 읽고나서


그런데 Newton 2017년 9월호에 암치료에 관한 최신 이야기가 싣려 있어서 이에 대한 치료방법 중에 '유전자 변형 T세포 요법'에 대해서 나와 있었기에 이에 대해서 포스팅을 하고자 합니다.



먼저 여기서 언급해야 할 것이 '세포독성 T 세포'라는 것이 있습니다. 위 사진에서 붉은색으로 동그라미 쳐진 것으로, Newton의 기사에서는 '세포 상해성 T 세포 (CTL)' 이라고 되어만 있는데, 일단 아래의 링크에 어느정도 설명이 되어 있기에 먼저 링크를 걸어 주도록 하겠습니다.


링크 : 적응면역 이야기 part3-T cell 이야기 part1


위 링크의 <면역학 이야기>에서는 아직 설명하지는 않았지만, cytotoxic T cell은 '암세포'를 인식해서 죽일 수 있는 기능도 있습니다. 어느정도 생명과학이 전공이시거나 의학쪽 전공이라면 짐작하실 수도 있지만, 바로 이 T 세포에 약간의 유전자 조작을 가해서 암을 공격하도록 만들 수 있습니다.




먼저 암환자의 혈액 속에서 '세포독성 T 세포'만을 추출한 다음, 유전자 조작을 통해서 환자가 걸린 ''에 특화가 되어 있는 유전자를 집어 넣고 발현이 되도록 합니다. 여기 Newton의 기사에서는 어떻게 '세포독성 T cell'만을 추출하며, 어떤 방법으로 '암에 특화된 유전자' 를 집어 넣었는지는 나와 있지 않았습니다.



충분한 숫자의 '암에 특화된' Cytotoxic T cell이 확보가 되었다면, 다시 환자의 몸에 되돌려 주는 단계에 들어가게 됩니다. 남은 것은 이제 세포독성 T 세포들이 '암세포'를 공격해서 죽인다고 해야 할까요? 암세포를 소멸시키기를 기다리면 되는 것이 남았다는 생각이 듭니다. 기사에 따르면 왜 이런 방법을 사용했는가 하면, 원래 암세포는 '정상적인' 체세포 였기 때문에, 세포독성 T 세포가 인식하기 어려운 문제가 있습니다.



이 치료법에 동원된 유전자 조작으로 인해서 '키메라 항원 수용체(CAR)'라는 것이 발현이 된다고 합니다. 이 부분에서 제가 많이 헷갈리기도 했는데, 이게 비록 세포독성 T 세포라고는 하지만, TCR을 건드리는 것이 아니라 별개의 세표 표면 수용체인 'CAR'이 발현되는 것이 특징이라고 합니다. 정확하게 어떻게 디자인을 했는지는 기사에서 나오지는 않았지만, TCR을 대신해서 'CAR을 발현'시키고, 이 CAR이 암세포와 세포독성 T cell을 '결합'시켜 준다고 합니다.



하지만 이 Newton에 소개된 기사만 가지고서는 정말로 핵심이 되는 CAR이 어떻게 디자인을 하며, 암에 특화된 세포 표면 단백질은 또 어떻게 해서 찾아 낼 수 있는지에 대해서는 나와있지 않았습니다. 단지 한가지 알 수 있는 것이라면, 이 CAR은 T 세포 표면에서 발현이 되는 '자역적인' 단백질은 아니라는 것을 알 수 있었습니다.




마지막으로 기사에서 언급하기로는 iPS(유도만능 줄기 세포)로 부터 만들려 연구하고 있다고 하는데, 아마도 '기성품' iPS로 부터 미리미리 세포독성 T 세포를 분화시켜 얻어서 준비시키고, 암환자가 발생할 때 마다 이 유전자 조작 T세포를 투약할 것으로 보입니다.


링크 : iPS(유도 만능 줄기세포)를 이용한 의료기술


이 '유전자 변형 T 세포 요법'이 근래 미국의 펜실베니아에서 약 90%의 환자에서 효과를 보았다고 언급하고 있습니다. 다만 아직까지는 환자 하나하나에 맞추어서 이 요법을 하려고 하면, 너무 시간과 돈이 많이 들 것으로 생각이 되는데, 앞으로는 기성품을 이용해서 일반적인 암 환자도 치료받을 수 있는 요법이 되기를 기대해 봅니다.

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안녕하세요?


지난번 포스팅에서 TCR이 다양한 유전적인 이유에 대해서 포스팅할 차례라고 언급을 하고 나서 끝을 냈었는데, 이번 포스팅에서는 먼저 T 세포 수용체(TCR)의 유전자 재배열에 대해서 포스팅을 하고나서, NK수용체에 대한 내용을 추가적으로 다루고자 합니다. 먼저 간단하게 αβ TCR에 대해서 다루겠습니다.



먼저 위 그림에 묘사가 된 것처럼 TCR을 구성하는 α사슬은 14번 염색체에 유전자 정보가 위치하고, β사슬을 구성하는 유전자는 7번 염색체에 위치를 하고 있습니다. 어디서 한번은 본적이 있다는 생각이 든다면 맞는 것이, 항체의 V(D)J recombination과 같이 흉선에서 T세포가 분화되어 나올 때 이러한 유전자의 재조합이 일어나고, 이어서 TCR의 발현까지 발현까지 영향을 주게 됩니다.




링크 : 항체가 다양한 이유-유전자상에서 일어나는 이야기 part2


위 링크에서 다룬적이 있었는 RAG복합체와 DNA변형 효소가 여기서도 동일하게 작용한다고 면역학 책에서 언급되어 있습니다. B세포와 마찬가지로 T세포 역시 V(D)J recombination이라는 동일한 과정을 이용해서 항체가 다양한 것처럼, T세포 표면 수용체(TCR)도 다양하게 만들 수 있는 것입니다.



위 그림은 β사슬의 유전자 재조합 과정에서 '기하학적 재조합(geometric recombination)' 이라는 것이 일어난다는 것을 보여주고 있습니다. 일반적으로 Dβ1이 사용되었다면, 한 세트(?)인 Jβ1시리즈가 올 것 같지만, 다음 세트(?)에 있는 Jβ2.2가 오는 식으로 생각지도 못하게 다양한 조합을 만들어 낼 수 있는 것입니다. 하지만 이것이 끝이 아닙니다.



예전에 항체의 '유전적 다양성'에 대해서 포스팅을 할 때 언급이 되었는 '이음부 다양성(junctional diversity)'가 여기서도 적응이 됩니다. 위 그림에서 묘사가 된 것처럼 V,D,J가 '가변 경계 재조합(variable boundary recombination)'으로 인해서 여러가지 '접합부 서열(junctional sequence)'가 나오게 됩니다. 즉, 접합부에도 이런 변화가 생겨서 다양한 형태의 TCR이 나오게 됩니다.



여기서 일전에 설명을 드린 γδ TCR에 대해서 궁금하실 건데요, 위 그림에서 δ사슬이 염색체 14번에서 어떻게 위치하고 있는지를 나타낸 그림입니다. 사람의 δ사슬은 14번 염색체의 Vα와 Jα 사이에 위치하고 있으며, 유전자가 재조합시에 필연적으로 δ사슬 좌위의 불활성화를 일으킨다고 합니다. 즉, 대다수의 경우에는 α사슬이 발현될 경우 δ사슬의 유전자는 자동으로 떨어져 나간다는 의미입니다.



반대로 7번 염색체에 γ사슬의 유전자가 위치해 있기는 하지만  δ사슬과는 다르게 β사슬의 유전자 좌위와는 아무런 관계가 없이 위치해 있다는 것이 문제입니다. 면역학 책에 서는 아직 γδ TCR에 대해서 그다지 규명된 것은 많지 않으나, '상피조직'에서는 우세한 T세포 집단이 될 수 있다고 합니다.




이제 NK세포(자연 살해 세포)의 수용체라고 해야 할까요? 이 NK세포에 관련이 되어 있는 일에 대해서 깊이 들어가 봐야 겠습니다. 예전 포스팅에서는 언급하기를, NK cell이 이미 '감염된 세포'를 자살시킨다고 하였습니다.


링크 : 선천적 or 내재적 면역 이야기 final-선천적 면역의 마지막 이야기


이 NK세포가 건강한 신체 조직을 공격해서 죽이면 안되기에, NK세포 활성 수용체 외에도 자실들의 기능을 억제하는 수용체 역시 가지고 있다고 합니다. 이 수용체들은 '내장된(hard-wired)' 수용체라고 해서, 다양성을 위해서 VDJ 재조합에 들어가지는 않는다고 합니다. 그래서 면역학 책에서는 '선천적 or 내재적' 면역 반응에서 언급된 적이 있는 '패턴인식 수용체'와 유사하다고 언급이 되어 있습니다.



위 그림은 정상적으로 자기 MHC class I를 발현하는 인체의 체세포와 만났을 때, NK 세포가 '무반응'하는 것을 묘사한 그림입니다. 그럼 이 MHC class I가 무엇이냐는 의문이 드실 것인데, 먼저 아래의 링크를 타고 내용을 읽어 주시기 바랍니다.


링크 : 적응면역 이야기 part3-T cell 이야기 part1


위 링크에 나온 내용에 의하면, 병원체에 '감염'되어 숙주가 된 인체의 세포는 MHC class I를 통해서 '세포독성 T 세포'를 끌여들이게 됩니다. 따라서 미생물들은 이 MHC class I을 아예 발현되지 못하게 만드는 전략을 취하기도 하는데, 이럴 경우 아래와 같은 그림의 상황이 벌어지게 됩니다.



위 그림에서 체세포는 바이러스와 같은 '항원'에 감염이 되어서 MHC class I이 전혀 발현이 되지 않은 상황입니다. 이 상황에서 '감염된' 체세포에서 '활성 리간드'까지 발현이 되면, NK세포가 망설일 것도 더 없이 표적이 된 세포를 공격해서 세포 자살이라는 apoptosis를 일으키게 되는 것입니다.




그런데 위 그림들에서 묘사한 NK세포들의 작용에 대한 것도 '가설'이라고 해서, MHC class I가 존재하면서도, NK 세포를 활성화 시키는 리간드가 존재하는 '모순'적인 상황이 발생하게 됩니다.



위 그림처럼 MHC class I와 활성 리간드가 동시에 존재할 경우에는 '억제'하는 신호의 강도와 '활성화'하는 신호의 강도 사이에서 어느쪽 신호가 더 강하느냐에 따라서, NK세포가 활성화 되어서 체세포를 '죽게'만들거나, 아니면 억제가 되어서 아무런 작용도 하지 않을 것입니다.



마지막으로 위 그림처럼 MHC class I와 활성 리간드 2개 모두 다 동시에 없는 경우 입니다. 이런 경우라면 NK세포가 반응을 아예 할 수 없어서, 면역학 책에서는 거의 '인식할 수 없는 (ignore)'라고 언급하고 있습니다. 이것으로 NK세포 매개 살해와 'missing-self'가설에 대해서 대략적으로 설명하였습니다.


원래라면 여기서부터 NK세포의 활성화 및 억제 수용체에 대해서 더 나아가야 하지만, 예상과는 달리 NK수용체에 대한 내용도 많아서 포스팅을 더 이어나가면 너무 길어지는 문제점이 있어 보입니다. 그래서 이번 포스팅은 이쯤에서 마치도록 하고, 다음 <면역학 이야기> 포스팅에서는 나머지 부분을 다루도록 하겠습니다. 긴글 읽어 주셔서 감사합니다.

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안녕하세요?


여기서도 2번인가 포스팅 주제로 다루어 본적이 있는 iPS(유도만능 줄기세포)에 대해서, 새롭고 흥미로운 내용이 Newton 2017년 9월호에 나와있어서, 이번 포스팅에서 의료용으로 어떻게 iPS를 만들어 내며 이게 iPS가 나왔다고 끝이 아니라, 얘네가 여러가지 인체를 구성하는 체세포만 골라 내는 기술에 대해서 다루고자 합니다.



먼저 2007년 시점에서 처음 iPS를 만들 때 사용한 방법에 대해 일부분을 묘사한 그림입니다. 위 그림에서는 '바이러스'를 묘사했는데, 실제로 동물세포의 유전자를 조작하기 위해서 '레트로 바이러스'라고 RNA가 유전자 정보로 있으며, 숙주가 되는 동물세포의 DNA에 바이러스의 RNA를 끼워넣는 기능이 있습니다.




문제는 이 바이러스 속의 유전자 정보가 체세포.... 그러니까 iPS의 DNA속에 들어갈 경우 잘못하면 '암세포'로 변할 위험성이 있다는 것입니다. 이 때문에 Newton에 소개되어 있기로는 아래의 그림과 같이 '레트로 바이러스'가 아니라 '플라스미드'라는 것을 사용한다고 언급이 되어 있습니다.



우선 '플라스미드'에 대해서 언급을 하자면, 세균의 세포내에 복제되어 독자적으로 증식할 수 있는 '염색체 이외의 DNA분자'를 총칭하는 말인데, 얘네는 앞서 소개된 레트로 바이러스와는 다르게 iPS의 DNA속으로 유전자 정보를 집어넣지 않고, iPS가 세포분열을 거듭하는 가운데 사라진다는 특징이 있습니다. 이쯤에서 왜 iPS를 유도하는데 쓰이는 유전자가 iPS의 염색체 속에 들어가면 안되는지 궁금 하시리라 생각이 됩니다.


링크 : 유도만능 줄기세포(iPS)는 암세포와 밀접한 관계가 있다고 합니다.


위 링크에서 보시는 바와 같이 iPS를 유도하는 유전자 중에 일부는 ''과 관련이 있는 유전자이기 때문에 반드시 중간에 제거되어야 할 필요성이 있습니다. Newton의 기사에서는 자세하게 언급은 되어 있지 않았지만, 위 그림처럼 '단핵구(Monocyte)'에 '플라스미드'를 넣기 위해 물리적으로 '전기충격'을 주거나, 화학적으로 '일시적인 구멍'을 뚫는 방법을 쓸 것으로 생각이 됩니다.



추가로 iPS를 배양이라고 해야 할까요? 키우는 방식에서도 기존 2007년 방식은 문제가 있는게, 우선 위 그림에서 표시된 '피더세포'가 사실은 '생쥐의 태아'레서 추출한 세포라는 것이 문제입니다. 같은 사람의 세포라도 이식될 경우 면역거부 반응이 우려되는데, 다른 동물에서 유래된 세포가 들어오면 말할 것도 없습니다.




거기다가 일반적으로 세포를 배양하는데 쓰이는 배양액에는 소혈청이 들어가 있어서, 2007년도 방식은 이런 면에서 의료용으로는 극히 부적절 합니다. 그래서 위 그림에서 묘사된 것과 같이, 합성된 단백질 분자를 바닥에 깔아놓고, 배양액에는 동물에서 유래된 성분을 최대한 배제한 것을 사용한다고 합니다. 그럼 이렇게 암이 되는 위험만 줄인다고 해서 끝이냐 하면, 그것도 아닌게 iPS가 분화하면서 온갖 종류의 세포가 되는데, 여기서 필요로 하는 종류의 세포만 추출해야 하는 일이 남아 있습니다.



우선 기사에 소개된 '원하는 세포만 모으는 기술'을 설명하기 위해서는 '마이크로 RNA(microRNA)'에 관해서 설명을 간단하게 하고자 합니다. miRNA의 주요기능은 일반적으로 '단백질'로 '번역(translation)'이 되기위해 필요한 mRNA의 기능을 차단하는 것입니다. 즉 miRNA가 mRNA의 기능을 차단하기 때문에, 이를 통해서 '유전자 발현'을 조절한다는 특징이 있습니다.


이 이야기가 왜 중요하냐 하면, 체세포의 종류-신경세포, 심근육세포, 뼈 세포 등에서 발현되는 miRNA가 다르기 때문입니다. 그래서 아래의 그림과 같이 설계된 RNA-아마도 세포 안에서 단백질로 번역(translation)이 되도록 설계가 되었는 mRNA로 보이는데, 아래의 그림과 같은 과정을 거친다고 합니다.



우선 원하는 세포에서만 '발현되는' miRNA를 알고 있다면, 위 그림에서 묘사되는 것처럼 '인공mRNA'를 합성해서 iPS가 분화한 세포들 안에 집어 넣도록 합니다. 여기서 원하지 않는 세포라면, 당연히 위 그림에서 나온 '인공mRNA'의 붉은색 부분에 결합할 miRNA도 없기 때문에 그대로 형광 단백질이 나와서 '원하지 않는 세포'라는 표식을 나타냅니다.




당연 여기서 '형광'이 나오는 세포를 모두 제거하면 남은 세포는 원하던 세포만 남게 되므로, 이와 같은 방법을 통해서 원하는 세포-예를 들면 시신경 세포만 골라내서 사용하고자 하는 경우, 이러한 방법을 통해서 iPS에서 분화되어 나온 다른 세포들, 예를 들면 근육세포나 혈액세포등을 제거할 수 있다고 합니다.


개인적으로는 이 인공mRNA를 세포 안으로 넣는 과정에서 세포가 손상이 되지 않을까 하는 우려가 있기도 합니다. 또 다른 방법으로는 '항체'를 이용해서 원하는 세포를 가려내는 것도 방법이 될 수 있을 것이라고 생각을 합니다만, 이러한 방법을 왜 사용하지 않는지는 잘 모르겠습니다. 

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안녕학세요?


지난번 포스팅에서 'B세포 표면 수용체(BCR)'에 대해서 포스팅을 마쳤고, 이번 포스팅부터 'T세포 표면 수용체(TCR)' 에 대해서 상세하면서도 알기 쉽도록 포스팅을 하고자 합니다. 얼마나 많은 포스팅이 나올지는 지금으로서는 알 수 없지만, TCR에 관한 내용이 상당히 많기 때문에, 한동안은 이 내용을 가지고서 <면역학 이야기>가 이어지리라 봅니다.



먼저 소개할 내용은 위 그림에서 보는 것과 같이, BCR은 항원의 3차 구조를 인식해서 결합을 하는 데 비해서, TCR은 항원의 2차 구조라고 해야 할까요?아미노산 서열(amino acid sequence)를 인식해서 결합을 하지, 항원의 3차원적 구조를 인식할 수는 없습니다. 우선 BCR, 항체와는 다른 이 특징에 대해서 설명을 하고 넘어가겠습니다.



위 그림은 TCR의 구조를 모식적으로 묘사한 그림입니다. 위 그림의 묘사처럼 TCR은 '헤테로다이머(hetro dimer)' 라고 해서 α와 β사슬로 서로 다른 두개의 다른 폴리 펩타이드 사슬로 구성되어 있다고 합니다. 그리고 이 α와 β사슬의 아미노산 서열은 항체처럼 '가변부위(V부위)'와 '일정부위(C부위)'로 나뉘어져 있습니다.




그리고 특이한 점이 있다면, 이 TCR은 이전에 포스팅에서 항체의 구조에 대해서 설명할 때 나왔던 'Fab'조각과 구조적으로 유사하다고 면역학책에서 언급이 되어 있습니다.


링크 : 항체에 대한 세부적인 이야기part1


다만 항체와는 다르게, 위 그림에서 빨간색으로 표시가 되었는 '상보성 결정부위(complementary_determining region, CDR)'이 단백질의 '2차 아미노산 서열'을 인식해서 결합한다는 차이점이 있습니다.



TCR은 혼자서만 작용하지 않고, TCR과 더불어서 공동 수용체 역할을 하는 막 단백질인 CD4 또는 CD8을 위 그림에 나와 있는 것처럼 발현을 합니다. 위 그림의 묘사처럼 CD4는 T세포 표면으로 부터 '긴 막대 형태'로 돌출되어 있으며, 4개의 '면역 글로불린(Ig)-유사 도메인'으로 구성된 단일 사슬 폴리 펩티드라고 합니다.


CD8은 α와 β 사실이 '이황화 결합'을 하였는 헤테로 다이머이며, CD4와 마찬가지로 '단백질 티로신 인산화 효소(protein tyrosine kinase)Lck'를 끌여 들여서 T세포에 'TCR신호'를 전달하는 역할을 하게 된다고 합니다. 위에 소개가 된 CD4와 CD8에 대해서는 지난 포스팅에서 간략하게나마 설명이 되었습니다.


링크 : 응면역 이야기 part3-T cell 이야기 part1


그때 나왔던 것처럼 CD4냐 CD8이냐에 따라서 T세포는 MHC class I의 펩티드 항원을 인식할 것인지, 아니면 MHC class II의 펩티드 항원을 인식할지 여부를 좌우한다고 합니다. 지난 포스팅의 내용과 같이 CD8+ T세포는 '세포 내부 유래(MHC class I)'분자를 통해 제시된 항원과 결합, 세포독성 T세포로 분화 한다고 합니다. CD4+ T세포라면, '세포 외부 유래(MHC class II)'의 펩티드 항원과 결합해서 보조 T세포로 분화 됩니다. 때문에 CD8과 CD4 분자들은 T세포를 매개로 하는 면역기능에 중요한 역할을 한다고 합니다.



위 그림에서 T세포에 TCR 활성 신호가 어떻게 전달이 되는지를 묘사한 그림입니다. 우선 여기서는 CD3라는 막 단백질이 나오는데, 여기서는 예전 포스팅에서 언급을 하였는 'ITAM'이 등장을 하게 됩니다.


링크 : B세포 표면 수용체(BCR)에 대한 세부적인 이야기 part2


위 링크의 BCR의 신호 전달과 같이, TCR도 γ, ε, δ, ε로 구성된 CD3를 통해서 활성화 신호 1번을 T세포에 보내고, CD4/CD8으로 활성화가 된 ζ의 CD3 사슬을 통해서 한번 더 또 다른 신호를 보내는 것으로 보입니다. 다만 이 이상의 자세한 설명은 면역학 책에서 나오지는 않았지만, 아마 책의 후반부에 가면 더 상세하게 다루어 지리라 생각이 됩니다.




TCR은 위에서 α와 β의 두개로만 구성되어 있는 것이 아니라, γ와 δ로 구성된 TCR이 있다는 것도 발견이 되었다고 합니다. 그래서 '흉선 개체 발생(thymic ontrogeny)'의 초기에 나타나는 γδ 수용체는 종종 'TCR1'으로 불리며, αβ수용체는 'TCR2'로 불린다고 언급을 하고 있습니다.



위 도표는 αβ T세포와  γδ T세포의 차이점에 대해서 간략하게나마 정리를 하였는 도표입니다. 아직까지는  γδ TCR인 TCR1에 대해서 그다지 알려진 것은 없는지 이 이상은 면역학 책에서는 자세하게 나오지는 않았습니다. 다만 위 도표에 나와있는 대로 MHC의 도움없이 '단백질이 아닌' 항원을 인식한다는 점만이 알려져 있을 뿐입니다.


이제 여기서는 왜 TCR이 유전적으로 다양한 이유에 대해서 설명을 들어가야 하지만, 이미 포스팅의 내용이 길어졌다는 생각이 듭니다. 그래서 아직 소개할 내용이 많이 남아 있기는 하지만, 이번 포스팅은 여기서 마치도록 하고, 다음번 포스팅부터 TCR의 유전적인 다양성 부터 설명에 들어 가도록 하겠습니다.

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안녕하세요?


이 블로그에서 이전에 '크리스퍼/캐스나인-Crispr/CAS9'에 대해서 소개를 한적이 있었습니다.


링크 : 유전자를 절단하는 효과적인 가위-크리스퍼/캐스나인-Crispr/CAS9에 대한 이야기


이번 '과학동아' 2017년 9월호에 재미있게도 이 생명공학의 이 기술에 관련된 '특허' 이야기가 올라와 있기에 관련된 내용을 포스팅 하고자 합니다.



먼저 기사에 따르면, 2022년까지 크리스퍼로 인한 수익이 연 평균 23억 달러(약 2조 6200억원)에 이를 것으로 전망을 하였다고 했습니다. 이 때문일까요? '미국 버클리 캘리포니아대(UC 버클리)'와 MIT와 하버드대가 공동으로 설립한 '브로드 연구소(Broad Institute of MIT and Harvard)'가 이 크리스퍼/캐스나인 기술에 대해서 특허분쟁 상태에 들어 갔다고 합니다.




재미있게도 UC버클리가 2012년 5월에 특허를 출원하고, 브로드 연구소는 같은해 12월로 UC버클리 보다 '더 늦게' 특허를 출원했다고 합니다. 그런데 미국 특허청(USPTO)의 '우선 심사제도'를 브로드 연구소가 이용했기 때문에 특허는 2014년 4월에 먼저 등록이 되었다고 합니다. 한마디로 특허에 등록하는 것 자체는 브로드 연구소가 성공했다고 볼 수 있습니다.



이에 UC버클리도 가만히 있지 않고서 '특허청 심판 위원회(PTAB)'에 저촉심사라고 해서, 기술을 먼저 개발한 쪽이 어느쪽인지 밝혀내는 심사를 요구했다고 합니다. 다른 말로 하자면 UC버클리쪽에서 '우리가 먼저 개발' 했으니, 특허의 권리는 브로드 연구소가 아니라 UC버클리 쪽에 있다고 하면서 소송을 건 것입니다. 그런데 다음과 같은 이유로 저촉심사를 할 필요가 없다고 심판 위원회가 결론을 내렸다고 합니다.



먼저 UC버클리가 Crispr/cas9을 '먼저' 발견한 것은 맞는데, 문제는 '미생물'의 유전자 변형에 적용한 것이고, 브로드 연구소의 크리스퍼/캐스나인은 '사람의 세포'를 유전자 조작 하는데 사용했다는 것 입니다. 그래서 미국 특허청에서는 UC 버클리와 브로드 연구소의 특허를 둘다 인정해 주었다고 합니다. 단, 포유류나 인간에게 이 기술을 적용하고자 하면 브로드 연구소의 특허를 사용해야 하기 때문에, 사실상 '브로드 연구소의 승리'라고 합니다.



실제로 위 그림을 보시면, 사용한 크리스퍼/캐스9의 설계라고 해야 할까요? 비유하면 UC버클리의 제품과 브로드 연구소의 제품 모두 기본적인 작동원리나 디자인은 같은데, 브로드 연구소의 Crispr/CAS9은 NLS(Nuclear Localization Signal, 핵 이동 신호)라는 모듈이 추가로 들어가 있다는 차이점이 있습니다. 실제로 NLS가 있어야 포유류나 사람의 세포처럼 '핵막'이 있는 세포의 핵속으로 CAS9단백질이 들어가서 DNA를 자를 수 있다고 합니다.




물론 미국 특허청의 결정에 UC버클리가 인정하지 않고 항소했기 때문에 2라운드에 돌입했다고 볼 수도 있습니다. 재미있게도 이 소송 결과에 따라 한국 기업인 '툴젠'도 영향을 받는다고 하는 것입니다. 브로드 연구소 보다 2개월 앞서서 '크리스퍼가 진핵세포(포유류나 인간의 세포등)에 작용'한다고 특허를 냈는데, 이 때문에 브로드 연구소가 UC버클리에 승소할 경우 '툴젠'이 조금 더 유리한 고지를 점령할 수도 있다고 합니다. 물론 이 특허 전쟁은 UC버클리와 브로드 연구소 말고 여러개의 다른 기관이 얽혀 있는데, 이를 생각해 보면 상당히 복잡한 일인듯 합니다.


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안녕하세요?


지난번 <면역학 이야기>에서는 B세포가 처음에 BCR로써 어떤 종류의 면역 글로불린(Ig)를 막표면에 나타내며, 어떤 종류의 Ig가 추가로 발현이 되며, 이런 과정에는 RNA splicing이라는 과정이 개입되어 있다는 내용까지 포스팅을 하였습니다. 이번 포스팅에서는 BCR이 항원과 결합할 경우 어떤 일이 일어나서 B세포를 활성화 시키는지 포스팅을 하고자 합니다.



먼저 위 그림에서 묘사가 된 것처럼, 막 IgM의 경우 끝 꼬리 부분이라고 해야 할까요? 이 부분에 잇는 아미노산이 단3개에 불과하다고 합니다 면역학 책에서 언급하고 있으며, 이 정도의 길이로는 특별한 '기능'을 수행할 수 없다고 합니다. 그래서 위 그림에서 볼 수가 있듯이 '이황화 결합 헤테로 다이머(disulfide-linked heterodimer)'인 'Ig-α(CD79a)'와 'Ig-β(CD79b)'가 있습니다.




세포막 IgM이 항원과 결합하는 순간 Ig-α와 Ig-β의 C-말단 끝 부분이 '인산화'되어서 B세포에 신호를 전달하는 역할을 하게 됩니다. 혹시 단백질의 인산화에 대해서 잘 모르시는 분이라면, 아래의 링크를 타고 가셔서 관련된 지식을 얻으시길 바랍니다.


링크 : Protein Phosphorylation(단백질의 인산화)


그럼 위 그림에서 'ITAM'이라고 달린 것이 무엇이냐고 하실 것인데, 바로 '면역 수용체 티로신 기반 활성 모티프(Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif, ITAM)'이라는 것입니다. 물론 그림의 묘사처럼 ITAM만 있는 것이 아니라, ITAM이 포함된 Ig-α와 Ig-β의 꼬리 부분이 있다는 의미이며, Ig-α와 Ig-β의 꼬리부분에 있는 ITAM이 인산화되면서 신호전달에 작용을 한다고 합니다. 다만 면역학 책의 언급으로는 '칼슘(Ca)'의 이동을 일으킨다라고 언급만이 되어 있습니다만, 아마도 세포 안에 저장된-ER등에 저장된 칼슘을 세포질로 빠르게 내보내는 것으로 추정이 됩니다.



위 그림은 B세포 수용체의 '집단화(clustering)'을 이루는 모습을 그리고 있습니다. 면역학 책에서 이 이상은 자세하게 나오지는 않았지만, 일단 세포막 표면-B세포 표면에 있는 BCR인 막 IgM이 단독으로 '인산화'를 못 일으키지만, 대신 Ig-α와 Ig-β의 다이머(dimer)가 BCR과 상호작용해서 '인산화'가 되고, 이 인산화가 '활성이 되지 않은' B 세포를 활성화 시킨다는 것입니다.




여기서 B cell의 활성화가 끝이 나는가 하면 그것도 아닌 것이, 'BCR의 공동 수용체 복합체(Coreceptor complex)'라는 것이 있습니다. 앞서 소개한  Ig-α와 Ig-β의 작용보다 이 '공동수용체'를 통한 활성이 훨씬 더 강력하다고 면역학 책에서 언급이 되어 있습니다. 물론 BCR만 통해서도 B세포가 활성이 되지만, 지금 소개하는 '공동수용체 복합체'까지 가세하면, 신호가 더욱 더 강력해 집니다.



위 그림은 기존의 BCR이 '신호1'을 보낸다면, 새로운 'BCR공동 수용체 복합체'가 '신호2'를 보내는 것을 묘사한 그림입니다. 먼저 항원은 옵소닌화된 것을 볼 수가 있습니다. 복습을 위해서 아래의 링크도 읽어봐 주셨으면 합니다. 다만 C3d는 아직까지는 어디에서 나온 것인지 알 수는 없었습니다.


링크 : 선천적 or 내재적 면역 이야기 part2-보체 이야기


위 그림의 붉은색 박스안에 있는 것이 'BCR공동 수용체 복합체(coreceptor complex)'이며 4개의 구성요소로 이루어진 것을 볼 수 있습니다. 각각 CD19, CR2(CD21), CD81(TAPA-1),LEU13(인터페론 유도 막관통 단백질 1, interferon-induced transmembrane protein 1) 으로 구성이 되어 있습니다. 여기서는 CR2는 보체인 C3d의 분해 산물을 수용한다는 것에 유의할 필요가 있습니다. 즉 CR2는 C3d와 직접적으로 '결합하지 않는'다 라는 겁니다.



이 부분-특히 C3d가 분해되어 나온 것이 '무엇'인지 면역학 책에서는 자세하게 나오지는 않았습니다. 아마 이 부분은 아직 연구가 되지는 않은 부분으로, 무엇보다 C3d라는 보체가 어디에서 나왔는 지 부터 면역학 책에서는 나오지가 않습니다. 일단 여기서 중요한 것은 BCR그 자체로도 B세포를 활성화 시키기도 하지만, '공동 수용체 복합체'를 통해서 더 강력한 활성화 신호를 보내며, 이에 따라 활성화 되는 속도가 빨라진다는 것입니다.




이것으로 BCR에 대한 면역학 책의 상세한 이야기는 끝이 났습니다. 다음 시간부터는 TCR이라고 T세포 표면 수용체에 대해서 상세하게 이야기가 시작되는 내용을 포스팅을 들어갈 것인데, 여기의 내용도 이해가 되는 대로 알기 쉽도록 풀어서 쓸 것을 약속 드립니다. 긴글 읽어 주셔서 감사하며, 이번 포스팅은 여기서 마치도록 하겠습니다.

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안녕하세요?


이 블로그에서도 예전에 한번 iPS(유도 만능 줄기세포)라는 것에 대해서 포스팅을 했는 적이 있었습니다. 그때는 iPS에 대해서 정말 간단하게 설명을 하고나서, 암과의 상관관계에 대한 내용을 포스팅 하였습니다.


링크 : 유도만능 줄기세포(iPS)는 암세포와 밀접한 관계가 있다고 합니다.


Newton 2017년 9월호 기사를 읽어보니, 이 iPS세포를 이용해서 어떻게 활용하는 지에 대해서 나와 있었습니다. 상당히 유용하다고 판단되는 내용이 많기에, 이번 포스팅에서는 관련된 내용을 한번 포스팅 하고자 합니다.



위 그림은 '황반 변성'이라고 해서, 노인들이 시력을 잃는 질환의 대표적인 것 중에 하나인데, 일본의 연구팀이 iPS가 여러가지 장기로 분화하는 특징을 이용해서 망막 세포로 만든 다음 이식하는 연구를 하였다고 합니다. 다만 이렇게 자기 몸에서 떼어내서 나온 체세포를 iPS로 만들고, 이 iPS를 다시 망막세포로 만들어서 시력을 회복하는 치료는 약 1억엔(한화 10억원)이라는 비용이 드는게 흠이라고 합니다.




그래서 연구자들은 '기성품' iPS라는 것을 제작하기 위해서 시도를 하고 있다고 합니다. 무슨 말인가 하면, 위에서 말했다 시피, 환자의 체세포를 떼어다가 망막세포를 만들려 하면 약 10억원의 비용이 드는데, 이렇게 비싼 방법을 이용할 것도 없이 면역 거부 반응이 없는 '타인'의 iPS를 미리미리 만들어서 '이식할 준비'를 하는 것이라고 할 수 있어 보입니다. 말로는 설명이 어려우니 아래의 그림을 보아 주십시요.



위 그림처럼 '특이 유전자'를 보유한 사람의 체세포를 떼어다가 iPS를 만들고, 이 iPS를 원하는 세포로 '분화'시킨 다음 '타인'일 터인 환자들에게 이식을 하는 것입니다. 여기서 염려가 되는 것이 '면역거부반응'인데, 기존의 장기 이식과는 다른 점이라면, 저 '특이 유전자'를 지닌 사람의 몸에서 나온 iPS를 여러사람에게 사용한다는 점입니다. 그리고 저 '특이 유전자'는 이론적으로는 환자에게 '면역 거부반응'을 일으키지 않는다고 합니다. 그럼 여기서 한가지 의문이 드실 것입니다. 저 '특이 유전자'란 무엇인가?



사람의 염색체 6번에는 HLA(Human Leukocyte Antigen)이라는 유전자가 위 그림처럼 있습니다. 이 유전자는 백혈구에게 자기/비자기를 나타내는 표지인데, 기성품 iPS를 만들기 위해서 요구되는 조건이 바로 '부모로 부터' 받은 HLA유전자 쌍이 모두 같은 모양이 되는 것이라고 합니다. 조금 어렵게 느껴지실 분들을 위해서 아래의 그림을 보아 주시기 바랍니다.



6번 염색체는 아버지와 어머니로 부터 각각 하나씩 받는데, 대게의 사람들은 아버지쪽의 HLA와 어머니쪽의 HLA가 다른 '헤테로(Hetero)'라고 불리는 형질을 지니는데, 드물게 양쪽 부모로 부터 물려받은 HLA유전자가 '같은' 형질의 사람이 있습니다. 이런 형질을 '호모(Homo)'라고 부르며, 위에서 말한 '특이 유전자'란 이렇게 HLA가 '호모'인 사람들을 부르는 말이었습니다. 그럼 이게 왜 중요한지 의문이 드실 건데요, 지금부터 그 중요성을 설명하도록 하겠습니다.





'헤테로'인 HLA를 보유하면, 두 HLA유전자가 환자와 같아야 iPS를 이식할 수 있습니다. 하지만 이렇게 되면 '장기이식'과 마찬가지로 이식받을 환자에게 맞는 iPS를 구하는 것은 상당히 어렵게 됩니다. 하지만 위 그림에서 묘사된 것처럼 '호모'인 HLA를 보유한 '제공자'의 체세포로 만든 iPS라면, 환자에게 있는 한쌍의 HLA 유전자 쌍중에 하나만 일치해도 이론적으로는 면역거부 반응이 없습니다.


어떻게 쓰다보니 iPS를 가지고서 임상의학에서 주로 이용하는 이야기를 한다는 것이, 기성품 iPS를 만드는 것에 대해서 이야기가 되어 버렸습니다. 하지만 장기 기증과는 다르게 '기성품' iPS의 개발은 임상의학에서 상당히 중요한 것이, 자기 몸에서 세포를 떼어내서 iPS를 만들어서 쓰는데 10억원이나 하는 치료비는 너무 비싸다는 것입니다. 그래서 연구자들-Newton의 기사에 따르면 주로 일본에서 연구를 하는 것으로 보이는데, 이렇게 미리 만들어져서 환자에게 바로 쓸 수 있는 iPS를 연구하는 것 같습니다. 다만 이역시 실제로 임상에서 사용시 어떤 부작용이 나올지 알 수 없으며, 기성품 iPS가 오염되지 않도록 유지 관리하는 것도 중요하다고 합니다.

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안녕하세요?

항체에 대한 자세한 이야기를 일련의 포스팅을 통해서 하였는데, 이제는 면역학 책에서 각종 수용체(receptor)에 대해서 다루는 곳까지 왔습니다. 아무튼 어려운 내용이 되기는 하겠지만, 그래도 알기 쉽도록 정리를 해서 이 블로그의 <면역학 이야기>에서 포스팅을 하도록 하겠습니다. 이번 포스팅에서는 지난번 포스팅에서 언급한 적이 있는 B세포 표면 수용체(BCR)에 대해서 세부적으로 들어가 보고자 합니다.


링크 : 적응면역 이야기 part2-항체의 생성 이야기


위 링크의 내용을 타고 들어가 복습을 해 보시면, 미성숙한 B세포에 있는 표면 수용체인 BCR은 항원을 인식하고, 그로부터 B세포가 증식하고, 항체를 만드는 '형질세포'가 된다고 이야기를 했습니다. 그런데 이 BCR은 '항체'와 같다라고 이야기만 하였지, 이게 정확히 무엇이다 라고 이야기는 지난번 포스팅에서는 하지를 않았습니다.




우선 면역학 책에서 언급을 하고 있기로는 B세포에서 최초로 발현이 되는 막 면역글로불린(Ig)-B cell의 세포막 표면에서 발현이 되는 Immunoglobulin은 IgM이라는 것이 밝혀 졌다고 합니다. 당연 형질세포에서 '오량체'로 분비되는 IgM이 아니라, 막 림프구에서 분화되어 나온 '미성숙한' B세포의 세포막 표면에 아래의 그림과 같이 단량체로서 붙어 있는 형태가 됩니다.



위 그림에서 '미성숙한'이란 의미는 아직 '항원'과 결합하지 않았다는 의미이며, 당현 B cell이 최초로 항원과 만나서 결합하기 위해서는 '항원을 잡을 수용체(receptor)'가 필요한데, 이게 바로 위 그림에서 묘사를 한 것과 같은 IgM이 B세포의 표면에 발현되어 있는 것입니다. 물론 이때는 분비가 되는 '오량체'가 아니라, '단량체'의 형태로 B cell의 표면에 붙어 있는 것입니다.



위 그림은 어디서 어떻게 같은 IgM의 유전자가 하나는 막 단백질이 되어서 B세포 표면에 존재하게 되며, 다른 하나는 그냥 분비되는지를 나타낸 그림입니다. 위 그림에서 M1과 M2로 표시된 블록이 '소수성'이라는 성질이 있어서, 세포막-주로 지방질로 구성된 세포막에 IgM이 딱 붙어 있게 해주는 역할을 하는데, 이 M1과 M2가 단백질(protein)단계까지 붙어 있느냐, 아니면 중간에 RNA splicing이라는 과정에 의해서 떨어져 나가느냐 하는 차이가 있습니다.


그럼 여기서 RNA splicing이라는 것에 대해서 간단하게 설명을 하고 나서 BCR에 대한 추가적인 설명을 하고자 합니다.


링크 : 단백질의 PTM(Post Translational Modification)


위 링크를 타고 들어가서 읽어 보시면, DNA는 일반적으로 '핵막'이라는 막에 쌓여져 있어서 RNA로 '전사(transcription)'되어야 하는데, 문제는 RNA로 한번 전사가 된다고 해서, 바로 protein으로 '번역(translation)'되지를 않는다는 것입니다.



위 그림에서 나오는 묘사처럼, RNA라고 해서 모든 부분이 다 protein으로 translation되지를 않고, 빨간색으로 표시된 블록처럼 중간에 버려진다고 해야 할까요? 단백질로 번역(translation)이 되지 않는 RNA의 부분이 있는데, 이러한 부분을 '인트론(intron)'이라고 하며, 위 그림에서 잘려진 다음 다시 합체하는 녹색의 블록들을 '엑손(exon)'이라고 부른다고 합니다. 문제는 이 '인트론'과 '엑손'이 잘리는 과정인 RNA splicing에서 변화가 발생할 수 있다는 것입니다.


이게 왜 B 세포막 표면에서 발현되는 IgM과 상관이 있느냐고 하실 건데요. 그 이유는 '소수성 서열'인 M1과 M2가 RNA splicing과정 중에 잘리면, IgM은 세포 밖으로 분비되어 방출되는 것이고, mRNA가 될때까지 계속 M1과 M2가 붙어 있으면 B세포의 세포막에 붙어서, BCR로서 역할을 하게 되는 것이라고 할 수 있습니다.




B세포가 좀 더 성숙한다고 면역학 책에서 언급은 하였지만, 항원과 결합한 이후인지는 확실하지 않습니다. 다만 항원 '특이성'을 나타내는 IgD도 같이 B세포의 세포막에서 발현이 된 다음 BCR로서 역할을 수행한다고 합니다. 여기서 지난번에 언급을 하였는 '클래스 스위치 재조합(Class switch recombinaiton, CSR)'이 등장하게 됩니다.


링크:항체가 다양한 이유-유전자 상에서 일어나는 이야기part3


비슷하기는 하지만, 여기서는 'DNA'가 아니라 'RNA splicing'에 의해서 IgM만이 아니라 IgD도 생성이 된다는 것입니다. 



다시 한번 더 강조해서 이야기를 하지만, DNA가 아닌 'RNA splicing'을 통해서 IgM이냐 IgD이냐가 갈리며, 둘다 B cell의 세포막에 존재를 하고 있으며, 맨 처음에는 'IgM' 단량체가 세포 표면에서 발현되고, 이어서 'IgD'도 세포막 표면에서 발현이 된다는 것입니다. 그러면서 면역학 책에서의 언급으로는 IgG와 같은 면역 글로불린(Ig)도 B cell의 표면 발현이 되기는 하지만, 면역학 책 뒷장에 나오는 이야기라서 여기서는 이쯤에서 마치도록 하겠습니다.




이제 BCR에 대해서 남은 것은 어떻게 되기에 이 BCR이 항원과 겷랍하면 B cell이 '미성숙한' 상태에서 '성숙한' 상태로 바뀌는 것인가 하는 의문이 드실 겁니다. 먼저 BCR에 항원이 결합하면 B cell을 활성화 시키는 신호가 세포의 내부로 간다고 면역학 책에서 언급이 되어 있습니다. 원래라면 이 부분도 설명을 해야 겠지만, 포스팅의 내용이 너무 길어지는 면이 있기에 이번 포스팅은 여기서 마치고, 다음 포스팅에서 BCR의 나머지 이야기도 다루도록 하겠습니다.

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안녕하세요?


지난번 포스팅에서는 멀쩡한 DNA의 시티딘(cytidine)을 빼다가 우라실(uracil)로 바꾸는 AID라는 효소의 작용까지 이야기를 했습니다. 다시 한번 강조해서 말하지만, 이런 돌연변이가 일어나는 과정은 분화가 끝난 B세포에서 일어나는 것이지, 다른 인체의 체세포에서 일어나는 과정은 아닙니다. 이제 이번 포스팅에서는 면역학 책에서 다루는 항체에 관한 챕터를 다 마칠 수 있도록 해보겠습니다.


먼저 '친화력 성숙(affinity maturation)'이라는 것을 설명하고서 넘어가야 겠습니다. 이전 포스팅에서 언급을 했다시피, B cell의 경우에는 항체와 결합을 한 경우에 성숙이 되어서 '형질 세포(plasma cell)'이 된다고 하였습니다.


링크 : 적응면역 이야기 part2-항체의 생성 이야기


갑자기 이 이야기가 왜 나오냐 하면, 그냥 림프구가 만들어낸 B cell이 가만히만 있는 것이 아니라, 1차 면역반응-선천적 면역 반응이 일어난 후 시간이 지나면서 항원과 결합한 B cell에서 '체성 과변이(somatic hypermutation)'이 일어 난다는 것입니다.




무슨 말인가 하면, B cell은 항원에 결합하는 그 상태로 '가만히'있는 것이 아니라, 지난번 포스팅에서 언급했던 AID에 의한 돌연변이가 마구 일어난다고 합니다. 문제는 이와같은 돌연변이가 B-cell에 있는 면역 글로불린-BCR이 병원체에 대한 결합력이 높은 방향으로 일어난다는 것입니다. 즉, B cell이 병원체에 조금이라도 결합할 수 있으면, 나중에는 꽉 달라붙는 구조로 변해서, 그런 구조의 항체를 생산 한다는 것입니다.



위 그림에 묘사가 된 것처럼, 처음 B cell이 항원인 병원체에 결합했을 때는 결합하는 힘의 세기가 1이었지만, 이후 B cell은 '체성 과변이'를 일으켜서 1주일 후에는 B cell의 BCR이 2군데변이-아미노산의 서열이 바뀌어서 항원인 미생물과 결합하는 힘이 5로 증가를 했습니다. 위 그림에서는 붉은색으로 표시가 된 부분이 '체성과변이'로 인해서 생간 부분입니다. 그리고 2주일이 지난 이후에는 무수한 곳의 아미노산이 바뀌어서 결합력이 10으로 증가를 하였습니다.


이게 항체와 무슨 관련이 있느냐고 하실 텐데요. 바로 면역학 책에 의하면 위의 과정은 항체를 만드는 '형질세포'로 성숙해 가면서 벌어지는데, 이와 같은 과정 때문에 '안 그래로 다양한' B 세포에-후보가 많아서 결합이 가능한데, 이 후보가 병원체에 맞추어서 빠르게 결합력을 올린다는 것입니다. 즉, 항체는 다양하게 존재도 하지만, 감염이 시작되면 '맞춤양복' 마냥 항원에 맞추어서 변한다는 것입니다.




이 '친화력 성숙(affinity maturation)'이 왜 중요하냐 하면, 바로 고전적인 다위 진화로 수천년부터 수백만년 걸쳐서 일어날 진화가 수일 내에 '인간의 면역세포'가 해낸다는 것입니다. 이와 같은 기작은 병원체인 미생물이 빠르게 진화를 하지만, 인간의 면역계도 빠른 속도로 따라잡는 다는 것을 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 다만 자세한 기작에 대해서는 면역학 책에서는 나오지 않았습니다.


다음으로 설명에 들어갈 것은 '클래스 스위치(class switch recombination, CSR)' 입니다. 예전 포스팅에서 항체는 IgG, IgE, IgD, IgA, IgM으로 나누어 진다고 이야기를 했었습니다.


링크 : 항체에 대한 세부적인 이야기 part3


그럼 여기서 드는 의문이 어떻게 해서 이렇게 다양한 형태의 '항체'가 나올 수 있는가? 인데, 바로 항원의 자극을 받은 B 세포가 '클래스 스위치 재조합'을 겪어서 이런 차이가 발생하게 되는 것입니다.



먼저 위 그림은 B세포가 V(D)J recombination을 겪고 난 이후 14번 염색체에 있는 '중쇄'의 DNA서열입니다. 일전에 소개했다 시피, 다른 형태의 항체는 중쇄가 '다른'데, 위 그림의 묘사처럼 처음에는 중쇄의 '일정부위' DNA조각도 여러개인 것을 볼 수 있습니다. C라고 표시된 파란색 블록이 각기 다른 '일정부위' 조각이며, 자주색으로 S로 표시가 된 블록이 '전환서열(switch sequence)' 또는 '전환부위(switch region)'이라고 합니다.



왜 '전환서열' 혹은 '전환부위'가 VDJ부위와 '일정부위'사이에 있는가 하면, 위 그림과 같은 작용-클래스 스위치 재조합을 하기 위해서 입니다. '체성 과변이' 때와 마찬가지로 '활성화 유도 싸이티딘 탈아미노 효소-AID'에 의해서 전환서열의 시토신(C)를 우라실(U)로 바꾸는 것으로 클래스 스위치 재조합이 'B세포'내에서 일어나는 것입니다. 이게 중요한 이유는 이와 같은 기작으로 '항체의 중쇄'가 변경이 되어서 각기 다른 형태의 면역 글로불린(Immuno globulin)으로 나오기 때문입니다.


이것으로 면역학 책에 나오는 '항체'에 대한 chapter가 끝이 났습니다. 다음 <면역학 이야기>의 포스팅은 B-cell과 T-cell에 있는 세포 표면 수용체에 대해서 깊이 들어갈 것인데, 이 또한 얼마나 시간을 잡아 먹을지 모르겠다는 생각이 듭니다. 다만 될 수 있는 한 알기 쉽도록 풀어서 포스팅을 올릴 것을 약속 드리며, 이번 포스팅으로 '항체'에 대한 상세한 이야기는 마치도록 하겠습니다.

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안녕하세요?


지난번 포스팅에서 '재조합 신호서열(recombination signal sequence, RSS)'라는 것이 있다는 언급까지 하고서 마쳤습니다. 이 RSS는 자르고 붙이는 효소가 인식하는 자리이기도 하면서, 동시에 유전자 상의 V부위, D부위와 J부위가 올바른 순서로 결합을 하도록 유도하는 기능이 있다고도 합니다. 아무튼 이번 포스팅에서는 이 RSS에 대해서 마저 설명을 하고, 추가적인 내용도 설명을 하고자 합니다.



먼저 V,D,J의 조각 재조합에 필요한 효소를 'V(D)J 재조합 효소(V(D)J recombinase)'라고 하며, B세포가 분화되어 나오는 림프구에서 2가지 '재조합 활성화 유전자(recombination activating gene:RAG-1, RAG-2)'가 있다고 합니다. 면역학 책에서는 자세하게 나오지는 않았지만, RAG-1 단백질과 RAG-2 단백질이 서로 결합하고, 다른 단백질 그룹과 결합해서 'RAG복합체'를 형성 합니다.




이제 위에 올라와 있는 그림과 같이 첫번째 V(D)J 재조합의 과정은 한개의 RSS에 RAG가 결합하고, 다른 한 유형의 RSS에 RAG가 결합해서, 위 그림에서는 V와 J부위 근처에 RAG가 하나씩 결합을 하는 것을 보실 수 있습니다. 비록 위 그림에서는 V와 J 부위의 재조합을 묘사한 것으로, 주로 경쇄에서 일어나는 재조합이라는 생각이 듭니다. 중쇄에서는 지난번 포스팅에서 언급한 대로, RAG가 D부위 근처에 J부위 근처에 먼저 붙어서 재조합이 일어난 다음, V부위에 RAG가 붙으리라 생각이 됩니다.



먼저 위 그림과 같이 'DNA머리핀(DNA hairpin)'을 형성하게 됩니다. 위 그림에서 묘사가 된 것처럼, 원하는-선택이 된 V1부위와 J부위가 나판히 마주보게 되면, DNA는 RAG복합체에 의해서 서로 고정이 되고, 7합체-위 그림에서 '주황색'으로 표시된 부분의 끝이 매끈하게 잘리게 됩니다.



먼저 7합체 부위가 절단이 되고, DNA 수선 효소라고, DNA에 구멍이라고 해야 할까요? 끊어지거나 결손된 부위를 수리해주는 효소에 의해서 '이형말단연결(nonhomologous-end joining)'이라는 방법으로 연결이 된다고 합니다. 그 결과 V와 J부위는 염색체에서 '암호화 접합(coding joint)'을 형성하게 되고, DNA머리핀에서 제거된 DNA조각은 붙어서 '신호접합(signal joint)'를 이루게 된다고 합니다.




여기서 마무리가 되지 않고, 항체의 다양성을 만들어 주는 또 다른 작용이 '이음부 다양성(junctional diversity)'라는 것이 남아 있습니다. 우선 7합체가 깔끔하게 나가 떨어지면 모르겠지만, 대게의 경우에는 7합체라는 부위의 중간에 잘리게 됩니다. 그 결과 아래의 그림과 같은 일련의 작용이 일어나게 됩니다.



1)이라고 위 그림에서 표시된 부분에서처럼, 7찹체의 중간에서 RAG복합체에 의한 절단하는 작업이 일어나게 됩니다. 이어서 2)이라고 표시가 된 부분처럼 서로 상보적으로 결합되어 있다고 해야 하락요? 하나의 쌍을 이루고 있던 DNA 부분을 동일한 DNA가닥에 연결해서 이른바 '회문서열(palindromic sequence)'이라고 하는 새로운 서열을 만들기 시작한다고 합니다. 이 과정은 위 그림 2) 부분에서 화살표 방향으로 진행이 된 서열은 3) 부분처럼 동일한 방향으로 짝이 없는 서열을 만드는데, 이렇게 추가된 뉴클레오 타이드를 'P뉴클레오티드(P nucleotide)'라고 부릅니다.


위 그림 4) 부분에서 왠 뉴클레오디드가 새로 추가도니 것이랴고 할 것인데, 실제로 면역학 책에서도 이 부분에 대해서는 '말단 데옥시 뉴클레오티드 전이 효소(terminal deoxynucleotidyl transferase, TdT)'에 의해서 무작위 DNA염기가 추가된다고 합니다. 그래서 위에 올라온 그림의 4) 부분에서는 TdT의 작용에 의해서 새로 뉴클레오티드가 추가된 것이며, 'N 뉴클레오티드(N nucleotide)'라고 부른다고 합니다.



위 그림에서 1번 부분을 보시면, TdT가 추가했는 뉴클레오티드-N 뉴클레오티드가 짝이 맞는 부분이 있으면 결합하고, 나머지 짝이 맞지 않는 잉여의 뉴클레오티드는 '핵산 말단 분해효소(exonuclease)'에 의해서 제거가 됩니다. 이렇게 정리가 된 것이 2번 부분에서 보여지는 모습입니다. 이후 비어있는 부위는 DNA합성으로 채워져서 3번 그림에서 청색으로 표시가 된 부분처럼 쌍이 맞지 않던 부분이 채워지는 것입니다.


이런 '이음부다양성(junctional diversity)'가 중요한 이유는 바로, 위와같은 작용으로 인해서 추가로 '30000000배'의 다양성을 증가시킬 수 있다는 것입니다. 안 그래도 V(D)J 재조합으로 160만개 이상의 다양한 조합이 나오는데, 이 이음부 다양성까지 더해져서 더욱 많은 B cell의 다양성이 나온다는 것입니다. 다시 한번 강조해서 말을 하지만, V(D)J재조합은 림프구에서 B세포로 분화될 때 일어나며, 이 '이음부 다양성' 역시 B세포가 림프구에서 분화되어 나올 때 생기는 현상입니다.




이외에 면역학 책에서는 '체세포 과변이'라는 것에 대해서 짧막하게 언급을 하고 있습니다. 다른 말로는 '체성 과변이(somatic hypermutation)'이라 불리는 과정이 일어나며, 이 과정이 무엇이냐 하면, B세포로 분화가 완료된 이후에 벌어지는 돌연변이로, 주로 경쇄를 구성하는 VJ부위에서 벌어진다고 면역학 책에서 언급을 하고 있습니다. 이 돌연변이가 일어날 확율은 일반적인 유전자보다 '100만배'더 높다고 합니다.




위 그림은 B세포에서만 생성이 되는 효소인 '활성화 유도 싸이티딘 탈 아이노효소(activation-induced cytidine deaminase, AID)'의 작용을 묘사하고 있습니다. 효소의 작용은 간단하게도, DNA상에서 멀쩡히 잘 있는 '시티딘(cytidine,C)'염기를 RNA에만 있는 '우라실(uracil)'로 바꾸어 버린다고 합니다. 이후 면역학 책에서 자세히 다루지는 않았지만, B세포에만 있지 않고 일반적으로 존재하는 DNA수리와 변형에 관계하는 효소들이 이'우라실'을 다른 DNA 4개의 염기 중 하나로 랜덤하게 바꾸어 버린다고 합니다.


여기서 원래라면 나머지 부분도 포스팅에 올려야 하는데, 내용이 너무 길어지기 때문에 여기서 이만 줄이도록 해야 겠습니다. 간단하게 설명을 하자면 상당히 애매하게 설명해서 빠르게 넘어갈 수도 있지만, 그래도 이 글을 읽는 독자 여러분을 위해서 최대한으로 많은 설명을 어떻게 해서 쉽게 하려다 보니 이렇게 길어지는 것 같습니다. 아마 다음번 포스팅에서 항체의 다양성에 대한 포스팅이 끝날 것으로 예상이 됩니다.


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