항체가 다양한 이유-유전자상에서 일어나는 이야기 part2

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.