항체가 다양한 이유-유전자 상에서 일어나는 이야기 part3

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.