항원이 항체 또는 항원표출세포를 포착하여 T세포와 B세포와 같은 면역담당세포에 정보를 전달하는 과정을 항원인식이라고 하였습니다. T세포와 B세포는 각기 다른 방법으로 항원을 인식합니다. 항원을 인식하기 위해 MHC같은 중간 매개가 필요한지 여부의 차이 뿐 아니라, 포착된 항원을 식별하는 방법 또한 다릅니다. 각기 다른 수용체로 항원을 인식하는 방법에 대해 알아보겠습니다.
T세포 수용체(T cell receptor) 및 T세포의 다양성
T세포 수용체는 TCR-α와 TCR-β유전자로부터 유래된 ①α및 ②β폴리펩타이드쇄로 이루어져 있습니다. 일부 T 세포의 TCR는 ③γ쇄 및 δ쇄로 이루어져 있습니다. 각각의 사슬은 가변부위(variable, V)와 불변부위(constant, C)로 구성됩니다. 두 개의 인접한 가변부위는 항원의 펩타이드와 MHC를 인식합니다. α와 δ유전자는 염색체 14q11에 존재하며, β유전자는 염색체 7q32-34, 그리고 γ유전자는 염색체 7p14-15에 존재합니다.
①α쇄는 40개 이상의 결합 유전자 분절(joining gene segment, J) 중 하나, 여러 개의 가변 유전자 분절(variable gene segment, Vα) 중 하나, 하나의 불변 유전자 분절(constant gene segment, C)이 재배합되어 만들어집니다. α쇄= J + Vα + C
②β쇄는 여러 Vβ 중의 하나, 두 개의 Dβ(diversity gene segment) 중의 하나, 그리고 두 개의 Jβ중의 하나, 두 개의 Cβ유전자 중의 하나가 재배합되어 만들어집니다. β쇄= Vβ+Dβ+Jβ+Cβ
이와 같이 다수의 유전자 분절들이 재배합되어 다양한 α 및 β쇄의 가변부위가 만들어집니다. 또한 유전자 분절 간의 재배합 시 소수의 뉴클레오티드가 무작위로 첨가되어 TCR의 가변부위는 보다 다양해지며 이는 terminal deoxynucleotidyl transferase(TdT)에 의해 매개됩니다.
③TCRγδ수용체는 Vγ, Jγ, Cγ, Vδ, Dδ, Jδ Cδ 유전자 분절의 재배합을 통해 만들어집니다. Vγδ의 유전자 분절은 Vαβ보다 작으며 이를 미루어 볼 때 γδ T 세포는 적은 수의 펩타이드만을 인식할 수 있습니다.
TCRαβ와 γδ쇄는 세포질 내 영역이 짧아 항원이 결합한 후 T세포의 핵으로 신호를 전달할 수 없습니다. γ,δ,ε,ζ와 η 또는 γ,δ,ε,ζ와 ζ사슬로 구성된 CD3(T cell coreceptor, protein complex, CD4 & CD8 을 활성화하는데 관여)가 세포 내 신호전달을 담당합니다. ζ사슬은 CD4와 CD8분자에 결합된 tyrosine kinase에 의해 인산화되며 이는 세포핵 반응을 유도하는 생화학적 경로를 활성화시킵니다.
B세포 수용체(B cell receptor), B세포 다양성 및 iso type 선택
B세포 수용체는 세포 막에 결합된 형태의 항체이며, B세포가 분비하는 항체와 동일한 항원 특이성을 갖습니다. B세포 수용체는 세포막 수용체에 결합한, 두 개의 동일한 중쇄(heavy chain,H)와 두 개의 동일한 경쇄(light chain,L)로 구성되어 있습니다.
B세포 수용체는 Y자 모양으로 B세포 표면으로부터 뻗어나와 있습니다. TCR와 같이 각각의 중쇄 및 경쇄는 가변부위(V)와 불변부위(C)로 이루어져 있습니다. 항원은 중쇄 및 경쇄의 가변부위에 결합하며, 따라서 BCR(B cell receptor)당 두 개의 항원결합부위가 존재합니다. BCR의 항원결합부위의 3차 구조는 항원 결정부위(epitope)와 조화될 수 있는, 주머니 모양을 이룹니다. 경쇄의 V L부위는 V와 J 유전자 분절의 재배합에 의하여, 중쇄의 V H는 V, D 및 J 유전자 분절의 재배합에 의하여 형성됩니다.
유전자 분절의 재배합 시, 뉴클레오티드가 무작위로 첨가되어 경쇄 및 중쇄의 가변부위가 더욱 다양해질 수 있습니다. 또한 V 유전자에서 점 돌연변이(point mutation)가 일어날 수 있으며 이는 항체나 BCR의 항원에 대한 친화력을 증가시키게 됩니다.
경쇄의 종류로는 kappa(κ) 및 lambda(λ)가 있으며, 한 개의 항체는 한 종류의 경쇄로 이루어져 있습니다. 경쇄의 종류는 경쇄 CL에 의하여 결정됩니다. κ경쇄 유전자는 염색체 2p11에, λ경쇄 유전자는 염색체22q11에 존재합니다. 염색체 14q32에는 9개의 중쇄 불변부위(CH)유전자가 있으며, 5’-μ-δ-γ3-γ1-α1-γ2-γ4-ε-α2-3’의 순서로 배열되어 있습니다. 사용되는 CH유전자에 따라 면역글로불린의 class 또는 isotype이 결정됩니다. 예를 들어 μ로부터는 IgM이, δ로부터는 IgD, γ3 로부터는 IgG3이 합성됩니다.
면역글로불린(immunoglobulin, Ig)이란, 항체를 포함하는 구조적/기능적 관련이 있는 단백질을 포괄하여 부르는 이름입니다. H사슬(중쇄)과 L사슬(경쇄)로 구성되고 H사슬의 특징에 따라 종류를 구별합니다. 인간에는 5종의 Ig이 있습니다. IgG, IgM, IgA, IgD, IgE. 그리고 4개의 IgG subclass(IgG 1, IgG2, IgG3, IgG4)와 2개의 IgA subclass(IgA1, IgA2)가 있습니다.