단백질의약품학 강의록 PDF

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Streptococcus 인지 Staphylococcus 인지 ① Innate immunity 선천면역 = 모든 다세포 생물 예 : 숙주 내에 원래 있던 것인지 아닌지 (multi-cellular organism) 안에 각기 조금씩 다른 형태로 F 일반적으로 innate immune system이 위험하다고 인식한 것에 존재하고 있음 대해서만 면역반응을 일으킬 수 있음 ② Adaptive immunity 후천면역 = 오직 척추동물 (따라서 adaptive immune system이 작용하기 위해서는 innate (Vertebrates) 에서만 발전됨 immune system이 위험인자를 감지해야 함) ③ 척추동물(Vertebrates)에서, 선천면역과 후천면역은 긴밀한 ∵ Innate immune이 먼저 일어나야지만 나타나는 반응! 상호작용을 통해 감염에 대항하는 효과적인 면역반응을 나 타냄 1.2.3.1 Recognition in Innate Immunity 선천면역에서 감염원 인식 → Pattern Recognition Receptors (PRR) ★★★ 1.2 Host Defense Against Infection Ÿ 선천면역의 주요 구성요소 : 식세포 (Phagocytes), 보체 1.2.1 Infectious Agents 감염원 (complements)와 같은 수용성 분자들 1) Viruses 바이러스 cf) 식세포의 역할 : 침입한 감염 물질을 포식함 예 : influenza virus, human immunodeficiency virus (HIV) and F 식세포와 보체는 함께 작용하여 감염원 감지 herpes simplex virus (HSV), corona virus etc. F 위험한 미생물을 인식하면 가장 먼저 염증 유발 2) Bacteria 박테리아 F 염증반응의 역할 : 다양한 effector cells와 effector 예 : Staphylococcus, Streptococcus, Mycobacteria etc. molecules가 감염 부위를 찾아내고 추적할 수 있게 해줌 3) Fungi 진균류 예 : Candida Ÿ 다세포 생물에서 선천면역 시스템은 위험한 물질의 침입에 4) Parasites 기생충 대응하여 “알람” 신호를 만드는 것, (인식뿐 아니라 실제로 예 : malaria, tapeworms(촌충) 감염원을 공격하고) 염증을 유발하기도 함 1.2.2 Host Defense Against Infection PRR and PAMP Ÿ Passive Defense → Natural barriers로서 피부, 폐, 위장관, Ÿ Pattern recognition receptors (PRRs) 비뇨생식관의 상피조직, 위산 등을 포함 - 선천면역 내에서 감염인자 인식을 매개하는 Receptor - 선천면역 세포에 유전자가 들어 있음 Ÿ Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) - PRR이 인식하는 감염인자의 구조요소 - 다양한 감염성 미생물에서 공통적으로 존재 - PRR은 PAMP를 인식하여 위험한 감염성 미생물이라는 신호를 발생시킴 F PAMP는 직접 및 간접적으로 PRR의 agonist로 작용 → 선천면역을 유도 Ÿ Active defense → 면역반응 (Immune responses)에 해당 F PAMP는 직접적으로 PRR과 결합하기도 하지만, 때로는 ① Innate immunity 선천면역: 감염이 일어난 후 수 분에서 PRR과 상호작용하는 관련 분자와 결합하여 선천면역을 수 시간 내에 활성화됨 유도하기도 함 ② Adaptive Immunity 후천면역: 효과가 나타나기까지 며칠 F PAMP는 agonist로, 후천면역의 항원과는 다름 ★ 걸림(1-2주 정도) Ÿ 선천면역 시스템의 활성을 유도하는 세포들은 체내 조직과 장기 들에 넓게 분포해 있음 (어디로 침입해도 반응 가능) F 선천면역에 관여하는 세포들은 구조적으로 다양한 종류의 PRR을 여러 개 가지고 있음 (예) cell A가 PRRα, cell B가 PRR β 등) → 다양한 감염원에 대해 빠르게 반응 가능 ∵ 쉽고 빠르게 검출 가능 F 빠르게 감염원을 검출하는 것 = 선천면역의 effector 메커니 즘을 빠르게 활성화 가능하게 함 - 1 - 15YJH & 15JHJ 6학년_집중이수_단백질의약품학 Ÿ 많은 경우에 선천면역이 감염원을 제거할 수 있음 F specificity란 각 림프구가 특정한 하나의 항원만 특이적으로 Ÿ 또한, 증상이 나타나기 전에 끝날 수 있음 인식할 수 있다는 것 ( = 무증상, subclinical) ※ 주의 : selectivity와 specificity는 구분해야 함 ※ 예외 : cross-linked antibody (예) corona virus 감염 시 건강한 사람에게서 그냥 바이러스 F 림프구의 항원 수용체는 항원에 존재하는 아주 작은 구조적 를 반응 없이 제거하는 현상 차이도 잘 구분할 수 있음 예 : 아미노산 1개 차이, 탄소수 1개 차이 등 Ÿ 감염 부위 조직에 손상이 생겼다면 선천면역이 수복(repair)과 치유(healing)를 시작 Ÿ 림프구는 일반적으로 크기가 작음. 비활성화 상태로 생성되어 Ÿ 선천면역 시스템의 활성은 후천면역 반응을 활성화하는 데에 존재하다가 나중에 활성화 됨. 필수적인 과정임 F 특정한 수용체를 표면에 발현하는 림프구들은 굉장히 드물게 존재 ※ 소수의 림프구의 증식이 필요한 순간이 옴 = critical mass Immune recognition ★ F 후천면역 반응이 일어나기 위해 소수의 특정한 림프구들(B, T cells)이 활성화, 증식하여 critical mass에 도달해야 함, 따 라서 시간이 걸림 cf) Critical mass : 후천 면역이 일어나기 위한 조건 F 후천면역 반응은 일반적으로 선천면역보다 느리게 진행됨 F 감염 이후 항원 특이적 림프구가 늘어나는 과정에서 memory =agonist B cell이 생성됨 → 이것은 재감염 시 더 강하고 빠른 반응을 가능케 함 항원 (Antigne) (교수님 曰 : 획득 면역의 과정 ① 림푸구의 증식이 일어남 ② Memory B cell의 생 성 ③ 재 감염시 빠르게 대응할 수 있음) 1.2.3.3 Types of Recognition in Innate and Adaptive Immunity Ÿ 선천면역은 해로운 자극인지 아닌지를 구분함 직접적 제거 과정 Ÿ 림프구의 항체 수용체들은 아주 섬세하게 ”self/non-self“ 여 Phagocyte 부를 구분함 (숙주 유래인지 아닌지) Ÿ 하지만 해로운 자극인지 여부는 구분하지 못함 - (따라서 항원이 해로운 자극인지 여부를 인식하고 면역반응이 일어나기 위해서는 선천, 후천면역이 함께 작용해야 함) 항원 제시 과정에 참여 Ÿ 선천면역 시스템에 의해 생성된 신호는 항원이 해로운가 아닌 가에 대해 림프구에 알려줌 F 그에 따라 림프구의 활성화 여부와 특이적 항원에 대한 림프 1.2.3.2 Recognition in Adaptive Immunity 후천면역에서 감염 구의 활성화 방법을 결정 원 인식 → 항원 수용체 (Antigen Receptors) F 위험성이 없다고 판단되면 림프구는 해당 항원에 대해 반응하 Ÿ Lymphocytes 림프구 : 후천면역 시스템의 주요 구성요소 지 않게 됨 (”tolerant“) F T lymphocytes는 B cell과 상호작용할 수 있는 T cell의 - 예 : cancer가 빠르게 증식하는 것은 돌연변이 단백질임에도 precursor 불구하고 선천면역 시스템이 위험성이 없다고 인식하기 때문에 F B lymphocytes는 항체를 만들 수 있는 세포(B cell)의 B cell이 tolerant하게 변하기 때문 precursor → 이를 타겟으로 면역력을 활성화하는 기전의 면역 치료제들이 항암제로서 개발되고 있음 Ÿ 림프구는 아주 특화된 항원 수용체에 의해 항원을 인식, 이와 같은 과정은 선천면역에는 존재하지 않음 1.2.4 Stages of Immunity Ÿ Antigen 항원 : 특정한 후천면역 반응이 일어날 수 있는 분자 Ÿ 조직은 2종류로 나뉨 적 구조 ① 림프조직(Lymphoid tissue) ⇔ PAMP (감염원들의 공통적인 구조) ② 비림프(Non-lymphoid) 또는 말초조직(Peripheral tissues) F PRR agonist와 대조적으로, 항원은 일반적으로 특정 감염원 에 대해 구조적으로 유니크(특이성을 가진 구조)함 Ÿ 림프구(Lymphocytes)는 일차 림프조직(Primary lymphoid (같은 감염성 미생물에 존재하더라도 각 단백질의 구조에 따라 다른 tissues)에서 만들어짐 항원으로 작용) → 위치는 특정한 곳, 즉 이차 림프조직(Secondary lymphoid tissues)에 있음 (예 : 림프절, 지라 등) Ÿ 림프구는 다른 구조적 특이성을 가진 항원 수용체를 발현하며, F 림프구와의 차이점 : 선천면역 세포들은 모든 조직과 장기에 따라서, 항원 수용체의 레퍼토리는 아주 넓음 고르게 분포하고 있음 F 한번 감염원에 의해 natural barrier가 무너지면, PAMPs와 Ÿ 각 림프구는 하나의 특이적 항원에 상보적인 수용체를 여러 개 같은 innate agonist가 선천면역을 유도 갖고 있음 F 주로 감염은 말초조직, 비림프 조직에서 시작되고, 그곳에 상 (Cell 1개에 1종류의 수용체를 여러 copies 가진다는 의미) 주하는 선천면역 세포들(macrophage, mast cell 등)이 먼저 innate agonist를 인식 - 2 - 15YJH & 15JHJ 6학년_집중이수_단백질의약품학 F 위험하다고 판단이 되면 염증반응이 일어남 → 다른 innate effector cell과 molecule들(특이적 식세포, 보체 등)이 감염 부위에 모여 그곳의 미생물을 제거 ← Basement membrane cf) 말초는 감염 빈도가 높은 부위 (피부 아래 특히!) Ÿ 선천면역에 의해 감염원이 제거되지 않고 염증반응 지속 시, 후천면역 유발 → 수일에서 수주 후에 후천면역 작용 시작 F 항원들이 선천면역 기간 동안 이차 림프조직으로 옮겨져 림프 구에 의해 인식될 수 있음 F 항원들은 두 종류의 주요 림프구의 각 항원 수용체에 의해 인 식됨 – T cell receptors(TCRs). B cell receptors(BCRs) 그림 설명: 감염원이 상피를 뚫고 들어올 때, connective tissue에 상 Ÿ 이렇게 활성화된 림프구는 그 자신이 effector cell로서 활동하 주하는 선천면역 세포들이 감염원을 인식하여 “Alarm 반응”을 일으킴, 거나, 감염 부위에서 다른 effector cell을 모으고 활성화할 수 비교적 물질이동이 자유로운 혈관(venule, 세정맥)에 alarm 반응이 다 있음 다르면, 통과하고 있던 circulating monocyte 활성화, 후천면역 시작 F 일부 T cell들은 그 자체가 스스로 cytotoxic cell로 변화하여 감염 세포, Pathogen를 직접 죽일 수 있고, B cell은 Peripheral Tissues plasma cell로서 항체를 분비할 수도 있음 Ÿ 모든 조직과 장기는 두 종류의 관을 가짐 F 후천면역에서 대부분은 memory lymphocytes를 형성 → 이 F Blood vessels and lymphatics “혈관, 림프관” 런 memory T, B cell은 말초조직에 분포 → 이차 림프기관 F 물과 solutes(영양분, 용존산소 등)는 혈관의 표피를 통과하여 에 저장되어 있음 → 같은 감염원에 의한 재감염 시 빠르고 주변 조직으로 확산 됨 → 이 extravascular fluid는 림프관 강력한 후천면역 반응을 발생 (∵ 두 번은 당하지 않는다!) 으로 모여 정화된 후 혈관으로 돌아감 (∵ 세포가 생명을 유 지할 수 있게 함) Stages of immunity → 선천면역과 후천면역은 밀접하게 관련되어 있음 제대로 못 들어가면? 부종 다시 Blood Vescle로 돌아갈 수 있게 함 Blood circulation Ÿ 순환 과정 : 심장 → 동맥 → 세동맥 → 모세혈관 (분자들이 extravascular tissue 안팎으로 확산됨) → 세정맥(Venules) 으로 합쳐짐 (loose하여 세포들(예 : 림프구 등)이 조직으로 이 동) → 정맥으로 합쳐짐 → 심장 cf) 교수님 曰 암세포의 경우 모세혈관을 통해서도 빠져나올 수 있음. 1.3 Anatomical Basis (해부학적 기초) of Immunity 암전이 = 암세포가 빠져나와 다른 곳으로 이동, 정착, 증식하는 것 1.3.1 Peripheral Tissues Ÿ Peripheral tissues : 우리 몸을 구성하는 조직 대부분과 장기 Ÿ 순환에서 림프의 역할 : 림프관이 extravascular space에 있 (면역과 관계없는 모든 조직) 는 분자와 움직임이 있는 면역 세포들을 모으면, 이들을 림프 F 정의 : 1차, 2차 림프기관을 제외한 모든 부분 절로 이동시킴 F 특징 : 상피조직에 의해 둘러싸인 일반적인 조직 또는 장기, F 림프절은 필터로서 작용, 후천면역이 시작되는 장소 주로 외부 환경과 직접 맞닿아 있음 ※ 감염원에 의해 쉽게 공격받음 Ÿ 원심성 림프(Efferent lymph, 물질이 빠져나감)는 세포와 물질 F 예 : 피부의 겉층이나, 위장관, 호흡기관, 비뇨생식관의 표피 들을 큰 정맥으로 수송 F (바깥) 상피 → basement membrane → loose F 대표적인 예 : Thoracic duct connective tissue (안쪽) - 역할 : 혈관으로 물질을 이동시킴 F loose connective tissue는 macrophage, mast cell, fibroblast 등의 세포와 collagen fibres 등의 구조적 요소를 Ÿ 혈액은 적혈구뿐 아니라 백혈구도 운반함 포함 Ÿ 몇몇 작은 분자들은 보통 모세혈관과 세정맥을 통해 혈액에서 extravascular tissue로 자유롭게 확산됨 ⇔ 거대분자들은 평 소 혈관 내에 남아있게 됨 - 3 - 15YJH & 15JHJ 6학년_집중이수_단백질의약품학 F 거대분자들은 염증 부위에서 선택적으로 수송될 수 있는데, 이 는 이 부위 세정맥 상피세포의 간극이 느슨해지기 때문 → 이를 통해 감염 부위에 면역 세포들이 많이 진입할 수 있음 F “점액조직(Mucosal tissues)”은 점액을 상피 표면으로 분비 함. 다른 말초조직과 다르게 면역반응(immune-responses) 과 관련이 있어서 중요! 1.3.2 Lymphoid Tissues (★ 구분하기) Ÿ 림프조직의 주요 기능 → adaptive immune responses 후 천면역 반응 F 일차 림프조직 (Primary lymphoid tissues) → 림프구가 생 (a) 급성염증 : 감염인자(세균 등)가 염증을 유발하여 빠르게 시작되고 비교 성되는 장소로서 골수와 흉선이 있음 적 짧게 지속 (몇분~며칠). 호중구와 보체가 모여 extravascular fluid ü 흉선 (Thymus) : T cell이 활성화하는 곳 가 축적됨 (부종) → CURE 가능 ü 골수 (bone marrow) : macrophage가 될 수 있는 단핵구 (b) 만성염증 : 빠르게 제거되지 않은 감염인자가 후천면역 반응을 유발하 여 오랫동안 지속 (며칠~몇년). 단핵구가 모여서 macrophage가 되고, (monocytes)의 생성 및 과립구가 생성되는 곳 & Haematopoiesis T cell recruit 또는 때로 오래 지속되는 과립구가 생성됨 → 조직 손 organ 상이 일어남. cf) Hematopoiesis : 혈구세포가 발생하는 과정 → 골수는 haematopoietic organ임 1.4 Cellular Basis (세포학적 기초) of Immunity F Secondary lymphoid tissues 이차 림프조직 → 후천면역 Ÿ 면역시스템의 주요 기능은 natural barriers를 무너뜨린 반응이 시작되고 조절되는 장소 감염인자를 제거하는 것 ü 림프절 (Lymph nodes) → 온몸에 퍼져 있음 Ÿ 실제로 감염인자를 제거하는 것은 effector cell과 molecules ü 지라 (Spleen) ü Mucosal-associated lymphoid tissues (MALTs): 소장의 파이어 반(Peyer’s patches), 목과 코의 편도선(tonsilis)과 Adenoids(인두 1.4.1. Origin of Immune Cells 편도) 1.4.1.1 Hematopoiesis Ÿ 조혈 (Hematopoiesis) 이란? 혈구세포 생성 과정 - 요약 Ÿ 성인에서는 주로 골수(일차 림프조직)에서 일어남, 신생아는 간에서 일어남 Ÿ 조혈의 초기 세포는 multi-potential stem cells로, 다양한 Hematopoietic organ 모든 혈구 세포로 분화가능 Hematopoietic stem cells(HSC)로부터 모든 혈구세포가 형성됨 Ÿ HSC → 또 다른 줄기세포(자기재생, self renewal), CLP, CMP로 분화 됨 Ÿ CLP → B cell, T cell, and natural killer (NK) cells, T cell의 성숙 DCs(dendrite cells) 수지상세포로 분화됨 Ÿ CMP → monocytes/macrophages, granulocytes, RBC, megakaryocytes (precursor of platelets), DCs 등으로 (a) Primary lymphoid tissues 일차 림프조직 → 림프구가 생성되는 곳: 골수와 흉선으로, 각각 B cell, T cell이 활성화됨 (골수는 T cell 분화됨 precursor를 생성하여 흉선으로 보내기도 함) (b) Secondary lymphoid tissues 이차 림프조직 → 후천면역 반응을 Ÿ 각 혈구 세포의 생성은 각기 다른 성장인자에 의해 조절됨 유도하고 조절하는 곳: 림프절, 지라, 특정 MALTs (소장의 파이어반) F interleukin (IL)-3과 stem cell factor (SCF) → 줄기세포 분화를 조절 F granulocyte macrophage colony-stimulating factor 1.3.3 Inflammatory Sites (GM-CSF) → monocytes, granulocytes and some DCs Ÿ 국소 염증(Local inflammation)은 말초조직에서 선천면역 시 단핵구, 과립구, 몇몇 수지상세포 분화를 조절 스템(innate immune system)에 의한 감염원 인식으로 인해 F erythropoietin → 적혈구(RBC) 분화를 조절 발생 Ÿ 염증은 특정한 식세포와 보체를 모으고, 그 이후 대부분 림프 구와 항체들이 모여 감염원 제거하는 역할을 함 Ÿ 염증의 종류 F Acute inflammation 급성 염증 → 감염원이 며칠 또는 1주 정도 내에 제거되어, 조직의 repair(수복)와 healing(치유)이 일어남 → 증상 : abscesses (boils) 고름, sore throats 목 따끔 등 F Chronic inflammation 만성 염증 → 감염인자가 몇 달이나 몇 년 동안 존재하여 계속되는 조직손상을 야기 (지속된 면역 반응으로 인한 조직손상 가속화) → 예 : 결핵 ★ 그림 중요! - 4 - 15YJH & 15JHJ 6학년_집중이수_단백질의약품학 1.4.1.2 Lymphopoiesis 1.4.1.4 Introduction to Cells of the Immune System Ÿ Lymphopoiesis → 림프구(lymphocytes) 생성 Ÿ 면역시스템 구성 세포들은 다양하게 구분 가능 Ÿ Myelopoiesis → 골수세포(myeloid cells) 생성 ① 기능적 특징 (functional property) Ÿ CLP(Common lymphoid precursors)는 골수에 존재 ② 발생 기원과 상관관계 (developmental origins and F 골수 내에서 B cell이 분화되기 시작하고, 불완전하게 성숙한 relationships) B cell은 혈액으로 나감 ③ 해부학적 분포 (anatomical distribution in the body) F T cell precursor는 바로 흉선으로 이동하여 T cell로 완성됨 ④ 형태학적 (morphology) → 육안으로 직접 구분하기 때문에 F 또한, 림프구는 일차 림프조직 밖에서 분열과 분화를 더 겪을 잘못된 판단을 내리는 경우가 많음 수 있음 (예 : 미감작 B cell과 T cell은 닮았지만 다름) ü 림프절, 지라, 파이어반 등 2차 림프기관에서 항원을 인식한 이후에 성숙 과정이 일어남 ⇒ 본 수업에서는 ‘편의상’ 세포가 선천면역 또는 후천면역 중 ü Clonal expansion(특정 항원을 인식한 B cell의 개수가 늘어나는 어디에 관여하는지를 기준으로 구분할 것 과정)은 후천면역 과정을 일으키기 위한 필수적인 과정 ⇒ 특정한 ※ 실제에서는 두 그룹에 중복되는 세포들이 많음 림프구가 늘어나 critical mass에 도달했을 때 비로소 후천면역 과정이 진행되어 감염 인자를 효과적으로 제거할 수 있음 1.4.1.3 Cell-Mediated Immunity 세포 매개 면역 1.4.1.5 Cells of Innate Immunity (크게 4종류) Ÿ 감염에 대항하기 위한, cell의 주요 메커니즘 “3가지” 1) Macrophages : 두 개의 주요 식세포 중 하나 i. 미생물(감염원) 직접 공격 (Direct killing the microbes) : ① Resident macrophages Phagocytes(macrophages, neutrophils)가 세균 등 미생물을 ü 표피 바로 밑에서 상주하다가 미생물에 대해 식세포 작용 → 염증 유발 세포 내로 들여보내 파괴함 ② Recruited (or elicited) macrophages ü 단핵구로부터 염증이 일어난 부위에서 변하여 effector cell로서 기능 → 감염원을 제거 2) Mast Cells : Resident cells *표피 밑에 상주 F 역할 : 미생물 감지 시 과립을 분비하여 국소 염증 유발 3) Granulocytes : 혈관에 존재하는 백혈구의 대부분 종류 : 호중구(Neutrophils), 호산구(Eosinophils), 호염구(Basophils) ii. 감염 세포 공격 (Killing the infected cells) : NK cells and ü 다형핵백혈구(두 개 이상의 엽을 가진 핵)로 세포질 과립을 가짐 cytotoxic T cells는 감염된 세포를 공격하여 apoptosis ü 보통 혈액을 따라 순환하지만, 염증 부위에 쉽게 침투함 유도해 비정상적인 세포는 죽이고, 바이러스와 같은 미생물(감염원)의 복제와 방출은 막음 4) NK Cells : 림프구와 밀접하지만 다름 cf) 림프구와 형성되는 stem cell은 같지만 역할이 다름 F 특징 : 표피 밑에 상주하여 염증 부위에 쉽게 도달 F 역할 : 바이러스 감염 세포, 암세포 등 다른 세포를 죽일 수 있음 & 면역반응을 조절 1.4.1.6 Cells of Adaptive Immunity Ÿ Lymphocytes 림프구 → 매우 민감한 항원 수용기를 가짐 F B cells and T cells ① B cells : 항체를 분비하는 형질세포의 precursor ② T cells : 두 그룹으로 나뉨 - CD4 T cells : 후천면역 반응을 조절하고 협력하는 기능을 가짐 iii. 장벽 유지 (Maintaining natural barriers) : eosinophils - CD8 T cells : cytotoxic cell로 분화하여 바이러스나 다른 미생 물에 의해 감염된 세포를 죽일 수 있음 (Killer cell의 일종) 등의 세포들은 큰 기생충에 의한 상피의 손상을 회복을 도움. 그리고 독성 물질을 분비함으로써 미생물을 쫓아내거나 죽임 cf) 면역 시스템에서 cytotoxic cell의 주요한 두종류 : Cytotoxic T lymphocytes (CTLs)과 NK cells - 5 - 15YJH & 15JHJ 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.4.2.1 Macrophages (대식세포) 제 1강 면역시스템 Ÿ 단핵구(Monocytes): 대식세포의 전구세포 1.4 Cellualr Basis of Immunity (계속) 1.4.1 Origin of Immune Cells (계속) - 골수에서 생산 → 순환계 →조직 도달 →대식세포로 성숙 § 1.4.1.7 Cells that Directly Link Innate and Adaptive Ÿ 대식세포는 각 조직에서 장기간 생존 Immune Responses: 수지상세포(Dendritic cells, DCs) ※문신: 잉크가 대식세포 내부로 침투된 것 →(반)영구 효과 Ÿ 다양한 하위 그룹을 가짐 - 이 중 대부분이 후천면역반응 개시와 조절에 관여 Ÿ 상주대식세포 (Resident macrophage) - 특히 선천면역과 후천면역 반응을 매개한다 - 결합조직이나 고형 기관에 위치하는 대식세포 Ÿ 감염에 신속하게 반응해 활성화되어 - 조직 항상성 유지에 중요한 역할 ⇒ 다른 림프구들을 활성화(특히 2차림프기관 CD4 Tc) Ÿ 상주대식세포의 기능(★) -① 세포자멸사 유도 (특히 조직상주대식세포) 1.4.2 Phagocytes(식세포) : 세포자멸사 예정 세포를 인식하는 수용체가 있어 해당 세포를 인식하고 세포자멸사를 도움 - 종류: 대식세포(macrophage), 호중구(neutrophil) -② 선천면역반응 개시에 중요한 역할 - 호산구(eosinophil)는 때때로 약한 식작용 : PRRs(★ Patternrecognitionreceptors)가 있어 바이러스나 진균 등 다양한 병원체를 인식 및 구분하여 면역계를 활성화 시 키며 cytokine 분비를 유도하기도 함 Ÿ 식세포작용 = 고형solid phase 내포작용 - 세균이나 작은 원생동물과 같은 고형 입자를 내포하여 - 식포(phagosome) 형성 Ÿ 대식세포는 가소성(plastic) 세포로 자극에 따라 다양한 기 능을 수행하도록 활성화 Ÿ 음세포작용(Pinocytosis)= 액상형liquid phase 내포작용 - 모든 세포는 소량의 액체(녹아있는 용질 포함)를 끊임없이 Ÿ 대식세포 활성: 염증(Inflammatory) 대식세포 세포내로 유입시킴 - 국소염증 →단핵구가 모여들어 염증대식세포로 성숙 -① 내포(edosome): 세포내함입을 통해 형성 - 식작용 및 cytokine 분비 -② 수용체 매개 내포(receptor-mediated endocytosis) - 염증대식세포는 활성 or 대체활성 기능을 수행 ☞형성된 1차식포/내포 ⇒ 리소좀과 융합 ⇒ 2차식포/내포 ☞ 활성(activated)대식세포 ☞결과: 외래 단백질 등이 분해됨 ⇒ 병원성 미생물 사멸 - 선천 및 적응면역반응에서 강력한 항미생물 역할 ☞ 대체활성(alternatively activated)대식세포 - 상처치유 기능이 발달 - 과도한 염증반응 시 염증반응을 완화시키는 기능 - 1 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.4.2.2 Neutrophils (호중구) 1.4.3 Mast Cells, Eosinophils and Basophils - 가장 흔한 림프구(백혈구 70%) - 성숙된 형태로 골수에서 분비 1.4.3.1 Mast cells(비만세포) - 수명은 짧으나(1~2일) 식세포작용 매우 활발 - 점막조직과 성긴결합조직의 상주세포 - 정상조직에 존재하지 않으나 염증반응 시 빠르게 결집 Ÿ 기능(★) Ÿ 다양한 미생물 사멸 기전 -①탈과립(degranulation) - 세포내 과립(granule)에 세포사멸 분자가 저장되어 있음 : 세포 내 거대과립에 이미 합성된 염증매개인자(히스타 - 세포사멸분자: ROS, protease 등 다양함 민, 사이토카인 등)를 저장하여 비만세포 활성 시 분비함 - 식세포를 과립과 융합하여 섭식한 미생물을 제거 - ②염증매개인자 합성 Ÿ 특히 화농성(pyogenic) 세균 제거 중요 : 활성화된 비만세포는 지질대사체 (leukotrienes, - 농양abscess 및 염증성 Staphylococcus, Streptococcus prostaglandin)나 사이토카인과 같은 염증매개인자를 합성 Ÿ PRRs(pattern recognition receptors)을 통하여 활성화 - 병원체 분자, 급성염증반응물질, 알러지 유발원 등 감지 Ÿ 세포내사멸(Intracellular killing) - 미생물 섭식 후 식포와 과립을 융합하여 미생물을 제거 Ÿ 세포외사멸(Extracellular killing) - 크로마틴으로 구성된 Neutrophil extracellular traps (NETs, 세 포외그물)을 뻗어 세포 밖의 미생물을 가두고 - 과립의 세포사멸분자를 이용해 사멸 Ÿ 과립구: 특이한 염색성의 과립을 가지는 백혈구 Ÿ 골수에서 생성되며 감염 시 증가 호중구 - 가장 많이 존재하며 식균작용 활발 - 급성염증반응 시 빠르게 결집 - 화농성세균, 진균에 대한 방어 - 두 종류의 과립을 가짐 호산구 - 적게 존재 - 후생 기생충 방어 ⇒ 감염 시 증가 - 알러지 반응 시 증가 - 특히 점막 조직에 결집 - crystalloid granules 호염구 - 드물게 존재하며 역할 불분명 - 고밀도의 큰 과립 - 비만세포와 유사한 형태 - 염증부위에 결집 - 2 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.4.4 Natural Killer (NK) Cells 1.4.5 Lymphocytes (림프구) Ÿ 세포독성세포(Cellular cytotoxicity) Ÿ 적응면역을 매개 - 종류: NK세포, 세포독성T세포(CTLs) - 특히 αβ T세포(CD4 T와 CD8 T), B세포가 핵심! - 감염세포나 종양세포의 세포자멸사를 유도하여 사멸 Ÿ naïve 전구체 세포(CLP)는 항원 자극 시 성숙됨 Ÿ 세포자멸사(apoptosis) ⇒ 작용기세포(effector cell): 수명 짧음 ┐ - 모든 세포는 세포자멸사가 일어날 수 있음(ex. 발생 과정) or 기억세포(memory cel): 수명 김 ┚로 분화 - 타깃세포에서 ‘자살(suicide)’이 유도됨 - 작용기세포와 기억세포는 동일한 항원을 인식 - 장점: 사멸된 세포 내용물이 빠르게 제거 ⇒염증유발 없음 Ÿ NK세포 - 정상 혈액, 비장, 간에서 발견되며 염증 발생시 결집 - CTLs와 달리 별도의 활성화 과정 없이 표적의 세포독성반 응을 유도할 수 있어 ‘natural’이라 부름 - 세포의 주조직성복합체(MHC,majorhistocompatibilitycomplex)발현 수 준을 모니터링하여 정상보다 낮으면 사멸 1) 과립의존성(granule-dependent) Ÿ NK세포는 자체적으로 과립을 가지며 CTL은 활성화 시 과 1.4.5.1 Subsets of conventional αβ T cells 립을 새롭게 형성함 Ÿ 과립으로부터 퍼포린(perforin)과 granzyme이 방출되는데 - 퍼포린은 중합체를 형성해 표적 세포막에 구멍을 형성 - granzyme이 유입되어 표적 세포의 자멸사가 유도 2) 과립비의존성(granule-independent) Ÿ Fas 리간드: NK 및 CTL에 발현된 표면분자로 표적세포의 Fas와 결합하면 세포자멸사가 유도됨 1) CD4 T세포 [⇒도움T세포(Th, helper Tc) or 조절T세포(Treg)] Ÿ CD4를 통해 여러 세포를 인식하고 반응함 Ÿ 수지상세포: 2차림프조직에서 CD4 Tc 활성화해 분화 조절 Ÿ 분화된 Effector Tc - ①B림프구의 활성화에 기여 - ②말초의 염증/감염 부위로 이동 ⇒여러 세포와 상호작용 2) CD8 T세포 [⇒세포독성T세포(CTLs)] Ÿ 적응면역에서 핵심적 역할을 수행 Ÿ 사이토카인 분비 - TNF-α: 표적 세포의 사멸유도수용체에 결합 ⇒세포자멸사 - IFN-γ: 대식세포를 활성화 - 3 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.4.5.3 B Lymphocytes 1.4.6 Dendritic Cells (DCs) Ÿ B세포는 활성화되고 형질전환 세포로 발전하기 위해 T Ÿ DC는 후천 면역, 특히 CD4 T세포의 반응을 유발하고 조 세포의 도움이 필요하며, T세포는 또한 그들이 만드는 절 항체의 타입도 조절한다. - 감염원 (바이러스, 박테리아 등) 혹은 감염원으로부터 유 - T-dependent (TD) response : 2차 림프조직에서 B세포 래된 작은 항원들 (박테리아 독소, 기생충의 구성요소들) 에 의한 항원 단백질의 반응에 의해 만들어짐 을 삼킨다. - T-independent (TI) response : 비장의 특정한 곳 - DC들은 특정 종류의 감염과 감염 장소에서 생성된 특정 (=marginal zone)에서 다른 종류의 B세포는 T세포 도움 싸이토카인에 대한 반응에 의존하여 그들의 특성을 바꾼 없이 고분자 탄수화물 같은 다른 종류의 항원을 만든다. 다. Ÿ DC들은 말초조직에서 PRR을 이용해 감염원을 감지 → Ÿ B세포의 종류 증가한 DC의 수는 말초조직에서 2차 림프조직으로 이동 ① Follicular B cells : 가장 많은, 전통적인 B세포로, 매우 하고, 항원을 T세포가 인지할 수 있는 형태로 옮긴다. 다양한 항원 수용체(BCRs)를 가짐 i.e.) 단백질-MHC 복합체 ② B-1세포 : 비전통적인 B세포로, 종류가 많지는 않다. → 항원 특이적 T 림프구 (CD4 T세포)와 상포작용 ③ Marginal zone B세포 : 비장의 marginal zone에 있는 → naive T세포의 활성화 (Co-stimulation process) 고착화된 세포 → 다양한 종류의 후천 면역을 개시 → DC들은 2차 림프조직에서 죽음 ① DC는 단백질-MHC 복합체를 형성하기 위해 미생물 항 원을 삼키고 분해시킴 ② PRR을 통한 병원체 감지는 T세포 활성화를 위해 필요 한 specialized costimulatory molecules(공통자극분자) 의 발현을 증가시킴 ③ 2차 림프조직으로 이동 1) 1차 반응 (Primary responses) ④ 항원 특이적 T세포 활성화하여 후천면역 유발 Ÿ 새로운 감염이 일어나면, effector 림프구가 일정시간 (lag) 후에 생성되고 미생물이 제거되면서 수도 천천 히 감소 Ÿ 그 후에 기억 림프구가 생성되고 수가 유지되며, 이 는 평생 유지되기도 한다. 2) 2차 반응 (Secondary responses) Ÿ 만약 같은 감염이 다시 일어나면, 기억 림프구는 급 격히 effector cell로 전환되고 감염을 더욱 효율적으 로 제거 Ÿ 이러한 원리는 T세포와 B세포 반응에도 적용됨 - 4 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.5 분자기반 면역반응 1.5.1 면역반응의 세포 결합성, 수용성 분자 Ÿ 면역세포에서 발현되는 중요한 분자들의 기능 ① 체내에서 면역세포의 위치를 조절 → 이러한 세포들이 정상조직 내에 위치하거나 감염 부위에 도달하는 것을 가능케 함 ② 감염원과 다른 신호들을 인지하게 함 → 세포가 적절하 게 반응 ③ 협동 반응 유발을 돕기 위해 가까이 있거나 멀리있는 조 직의 다른 세포들과 communicate함 ④ 직/간접적으로 effector 분자처럼 행동 → 사이토카인, 세포독성 등 ⑤ 세포 내 신호 cascade에 연결 → 유전자 발현이나 다른 세포의 기능에 변화를 일으킴 Ÿ 면역 세포의 기능에 따른 6가지 주요 형태 ① Adhesion molecules: 림프구가 혈관을 통해 특정 장소로 1.5.2 Adhesion Molecules 이동할 때 혈관 내피세포와 상호작용하게 하며, 세포외 Ÿ 혈관외유출 또는 transendothelial migration : 세포가 혈 기질과 다른 세포들의 결합조직의 구성요소이기도 함 관을 따라 있는 혈관내피세포의 벽을 뚫고 혈관 외로 들 ② Innate agonist receptor: PRRs → 선천 면역을 활성화 어가는 과정 ③ Antigen receptors: 림프구가 감염원을 인지 가능케 함 Ÿ 다양한 세포들이 서로 다른 시간에 서로 다른 세포로 선 ④ Cytokines: 세포가 다른 면역 세포와 조직세포에게 신호 택적인 이동을 하는 것은 인지 시스템에 의해 조절되고 보내는 것을 가능케 함 (Ex. chemokine은 세포가 감염부 있음 위로 이동할 수 있게 함) ⑤ Effector molecules: 감염원을 직접적으로 죽게 하거나 감염원을 제거하는 세포들에게 타겟팅 되도록 유도 Ÿ 혈관 내피세포에 발현된 다양한 종류의 분자들의 조합은 ⑥ Intracellular signalling molecules: 면역 세포(사실, 어떤 림프구에 의해 인지될 수 있는 post code (ZIP code)와 세포든)가 적절하게 기능하도록 도와줌 닮았음 1) Selectins: 탄수화물 리간드에 약하게 결합하여 림프구가 혈관내피세포를 통해 이동할 때 내피세포에 일시적인 부 착을 유도 2) Chemokine과 Chmokine 수용체 : Chemokine은 염증부위 선천면역 세포에 의해 다양한 종 PRRs 에서 생성되고, 혈관내피세포를 뚫고 세포강쪽(luminal 류의 감염원을 인식 side)으로 이동된다. chemokine은 세포강 쪽에 Antigen receptors 특정 분자 (항원) 인식 chemokine 수용체와 함께 나열되어 있고, 여기서 림프구 (TCRs와 BCRs) 에 의해 인식 됨 분자와 입자들이 삼켜지는 것을 3) Integrins: chemokine 수용체에 의한 세포내 신호는 Edocytic receptors 촉진 integrin의 활성화를 유도하고, 이는 내피세포의 Communication 사이토카인 수용체와 사이토카인 counter-receptor에 강하게 결합할 수 있게 하여 튼튼한 molecules 의 결합 → 세포의 기능 변화 부착을 유도한다. 세포가 이동하거나 다른 세포에 4) Molecules involved in trasmigration : 다른 종류의 분자 Cell-positioning 는 림프구가 혈관내피세포를 통과해 혈관외 조직으로 들 부착하고 communicate하는 데에 molecules 어갈 수 있게 도움 필요 세포내에서 생물화학적 신호전달 Signaling 을 유발하는 리간드와 수용체의 molecules 결합, 세포내 신호전달 분자 포함 - 5 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.5.3 PRRs와 항원 수용체 Ÿ 면역 시스템에서 세포 결합성 인지 시스템 BCR은 구조적결정기(conformational determina 선천 면역에서 개시와 조절의 주요 역할을 하며, 후천 항원 nt) 또는 B세포 에피톱으로 알려진 항원의 구조 PRRs 면역도 일부 조절함 인식 적 특징을 인식 → 접힌 미생물 단백질, 탄수화물 또는 당지질 B세포의 표면에 있어 항원을 직접적으로 인식; B세포 BCRs 세포 BCR은 분자 복합체인 CD79와 결합하여 항원 가 형질세포로 전환된 후에 BCR이 항체로써 분비됨 내 인식을 일으키는 세포내 신호를 유발 신호 → BCR을 항체로써 분비 T세포에 존재하고, 세포 결합성으로 남아 분비되지 않 항원이 BCR에 결합하고 내재화되고 분해됨 음 TCRs → 단백질 항원으로부터 나온 단백질은 단백질 - TCR은 항원을 직접적으로 인지할 수는 없고 MHC 항원 -MHC 복합체로써, 세포 표면에 발현됨 분자와 결합한 항원(주로 단백질)만 인지 가능 내재 → T세포가 B세포를 인지하게 하고 그들의 기 화 MHC 단백질과 결합하고 T세포가 항원을 인지 할 수 있게 능을 바꾸게 함 (e.g. 다른 종류의 항체를 만들 분자 함 도록) Toll-like receptors(TLRs), C-type lectin 원형질 recpetors와 scavenger receptors 막 PRRs → 세균, 곰팡이나 원생동물의 반응에 관여 어떤 TLR들은 엔도좀 막에 발현됨 엔도좀 → 바이러스와 세균의 핵산(RNA, DNA)에 반 PRRs 응 RNA helicases (바이러스의 핵산 인식), 세포질 NOD-like receptors (세균 세포질 내의 구성 PRRs 물 인지) Ÿ 많은 PRR 신호는 유전자 발현을 변화시킴 Ÿ 다른 PRR은 엑틴과 같은 세포질 구성물질에 작용하여 세 포 모양 변화를 유도하고, 다른 세포의 기능을 조절함 - 6 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.5.3.4 Major Histocompatibility Complex (MHC) 분자 종류 Ÿ MHC 분자는 펩티드와 결합해 αβ Tc에 의해 인식되고 2 가지 종류가 있다. ① MHC class 1 : 2가지 단백질(heavy chain과 beta-2 microglobulin)이 비공유적으로 결합체를 이루고 있 다. ② MHC class 2 : heterodimer(α chain과 β chain)를 구 성하고 있다. Ÿ 2가지 MHC는 다양한 펩타이드를 인식할 수 있는 여러 가지 부분에 결합할 수 있는 highly polymorphic한 성질 을 가지고 있다. 일반적인 Tc은 원형질막에 αβTCRs를 발현한다. (Tc은 CD8과 CD3를 발현하고 CD3는 TCR과 연결되어 있다. CD8과 TCR은 MHC와 펩티드를 인식한다.) αβ TCRs은 MHC-펩티드 복합체를 인식한 항원 다. Ÿ CD4 Tc은 MHC class 2-peptide를 인식한다. 인식 → 펩티드는 sequential 결정인자나 Tc 에 - exogenous 유래한 peptide(ex. bacterial)와 MHC 2를 피톱을 나타낸다. 인식해서 CD4가 함께 활성화된다. TCRs은 CD3, CD8, (OR CD4)와 관련 있다. → TCR 인식이 일어나면 내부 신호 전달 F 활성화된 CD4 Tc은 helper Tc로 불린다. 내부 이 시작된다. → signal 1이 일어난다. Ÿ CD8 Tc은 MHC class 1-peptide를 인식한다. 신호전 - endogenous 유래한 peptide(ex. viral, 바이러스는 유 달 (Tc 반응을 일으키는데 필수적인 신호, 하 전자를 핵으로 도입시켜 protein을 생성시킴 그래서 지만 signal 1만으로 완벽히 활성화되지 않 endogoenous임)와 MHC 1를 인식해서 CD8이 함께 활 는다.) 성화된다. F 활성화된 CD8 Tc은 cytotoxic T림프구(CTLs)로 불린다. ① naive Tc과 naive Bc의 활성화를 위해 signal 1만으로 는 부족하다. co-stimulation인 signal 2가 필요하다. ② Tc의 경우 : B7 분자가 CD28과 연결, CD40이 CD40 리간드와 연결되어 signal 2가 생기고 동시에 signal 1이 진행될 때 활성화된다. ③ Bc의 경우 : BCR에 antigen이 결합해서 signal 1이 형성되고 동시에 CD4 Tc의 CD40 리간드와 CD40이 결합되고 CD 19, 21, 81등이 보체들에 의해 활성화 될 때 signal 2가 형성된다. + 거의 대부분 세포는 MHC 1을 발현하지만 작은 세포들은 MHC 2를 발현한다. 1.5.4 Cytokines and Cytokine Receptors Ÿ 모든 면역 세포들은 cytokine을 생성한다. (세포 사이의 주요 신호 전달 수단이다.) - 7 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 Ÿ Cytokine은 다른 세포의 구성과 기능을 변경시키는 단백 질이다. - autocrine : 본인이 분비한 cytokine이 본인에 적용 - endocrine : 주위 세포에만 적용 - paracrine : local 세포에만 적용 F cytokine은 다른 세포의 기능을 활성화나 억제 시킬 수 있다. F innate cell의 경우 : 염증, 항바이러스, 항염증 dendritic cell의 경우 : Tc을 활성화 1.5.5.3 항체와 Fc 수용체 Ÿ 항체 종류 (heavy chain에 따라) : IgD, IgM, IgG, IgA, IgE - IgG는 미생물에 결합해 특이 FcRs를 통해 식세포 작용 - IgA는 소화관에 존재해 미생물에 결합해 장관표면 Host 세포에 결합하지 못하게 한다. - IgM는 여러 가지 항체들이 모여서 미생물에 강하게 붙어 보체가 활성화되면서 옵소니화 반응이나 염증반응 이 일어난다. 1.5.5 Effector Molecules of Immunity F Effector molecule : 병원체 제거를 돕는다. (ex. perforin, granzymes, ROI 등) 1.5.5.1 보체와 항체의 공통된 기능 Ÿ 감염 장소로 Recruitment : 염증 부위를 찾아 이동한다. Ÿ 면역 복합체 생성 : 항원에 결합해 염증을 유도하기도 한다. Ÿ Opsonization : 미생물을 코팅함으로써 식세포가 제거할 수 있도록 도와준다. 1.6 면역반응과 질병 1.6.1 면역 내성 F 코팅된 미생물들은 opsonic receptor(ex. 보체 수용체, Fc 수용체)로 끌려간다. 1.6.1.2 면역 내성 Ÿ 적응 면역 강화 1.5.5.2 보체와 보체 수용체 Ÿ 면역 내성은 암세포가 생성되거나 병원체가 들어왔음에 도 면역체계가 활성화되지 않을 때를 이야기한다. Bc과 Ÿ 보체는 3가지 경로로 활성화된다. Tc은 각자 다른 항원 수용체를 만들어낸다. - mannose-binding lectin 경로 : 미생물 구조의 탄수화 물에 의해 유도 F 자기 몸에 결합하는 BCR, TCR을 생성하기도 한다. - classical 경로 : 항원-항체 결합에 의해 유도 (autoreactive한 수용체) - alternative 경로 : 위의 두 경로가 증폭되어 활성화 됨 F 림프구 분화과정에서 autoreactive한 세포들은 clonal deletion을 통해 세포 자살과정을 거치게 되거나 Ÿ C3로 수렴 : 보체 활성화는 결국 C3를 활성화 시킴 anergy를 통해 반응성이 없어진다. F 위의 두 과정은 Bc 형성과 Tc 형성 초기 과정에 Ÿ 보체의 기능 중요하다. - 급성 염증 유도, 박테리아 옵소니화, 면역 복합체 제 F autoreactive한 Bc은 돌연변이를 통해 autoreactive한 거, 박테리아 용해 성질을 없앤다. (receptor editing 과정) F 성숙 뒤 보통 자가 세포는 인식하지 못하고 이런 상태를 tolerant한 상태라고 하지만 외부 항원에 의해 - 8 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 활성화 될 수도 있다. Ÿ 일차 면역 결핍은 선천면역이나 후천면역을 구성하는 물 질에 문제가 생겨 기능에 문제가 있다. ① central tolerance : 골수에서 B, T 전구 세포들이 분 화되게 되면서 내성을 가진 성숙 B, T 세포들이 된다. 1) 식세포 기능 결핍 2) 보체 활성화, 보체 조절 기능 결핍 3) 림프구 항원 수용체 생성 결핍, Bc, Tc의 분화 실패 4) helper Tc이 Bc의 활성화 과정을 돕지 않아 항체가 생성 되지 않는 등의 cooperation이 잘 안될 때 1.6.3.2 이차 면역 결핍(적응 면역 결핍) 질병 Ÿ 개체가 태어날 때는 정상이나 후에 면역 결핍이 생길 때 ex. 과한 항암제 사용으로 면역 세포 파괴, HIV가 CD4 Tc를 공격 할 때 ② peripheral tolerance : Tc의 경우 costimulatory 분자 1.6.4 면역 반응은 항원을 잘못 인식해 만들어진다. 들이 부족할 때 생기고 Bc의 경우 helper Tc이 도움 을 주지 않을 경우 생긴다. Ÿ 우리 몸 구성 성분을 항원으로 인식해서 항체가 만들어 져 우리 몸을 공격할 수 있다. ex. 류마티스 관절염 같은 1.6.2 감염에 의한 면역 반응은 손실을 일으킬수 있다. 질병 생김 - 자가 항원에 대해 과도한 항체 생성 되는 경우 : 1.6.2.1 면역은 보통 이롭다. autoimmune 질병 - 감염성 항원이 아닌 경우 과도한 면역 반응을 일으켜 Ÿ subclinical 감염 : 개체가 증상을 경험하지 못하고 치유 정상 세포에 상처를 주거나 알러지를 일으키는 경우 : 되는 경우를 이야기한다. hypersensitivity 질병 1.6.2.2 정상적인 면역이 문제를 일으킬 수 있다. 1.6.4.1 자가면역 질환 Ÿ 면역 내성이 결핍된다. Tc의 central 이나 peripheral 면 역 내성이 결핍되었을 때 일어난다. Ÿ autoreactive한 Bc의 활성화로 항체를 분비해 Tc등이 공 격해 질병이 일어나 세포가 죽거나 공격 받는다. 때로는 세포의 기능을 억제시키거나 R를 억제해 신호를 막을 수 도 있다. Ÿ 우리 몸에 해롭지 않은 단백질(intrinsic)이나 외부에서 왔지만 해롭지 않은 물질이 왔을 때(extrinsic) 과도하게 면역 반응이 일어났을 때 자가 면역 질환이나 면역 관련 감수성 질환이 일어난다. Ÿ 면역력이 약한 사람은 nonpathogenic한 미생물이 들어 와도 빠르게 증식해 질병이 될수 있다. Ÿ 면역력을 가진 사람의 경우 pathogenic 한 미생물이 들 어오면 면역 반응이 일어난다. 하지만 어떤 경우 과다 면역 반응이 일어나면서 질병이 생길수 있다. (collateral damage) 1.6.3 면역의 결함은 심각한 감염을 일으킨다. 1.6.3.1 1차 면역 결핍 질병 Ÿ 1차 면역 결핍은 severe, persistent, unusual, recurrent(SPUR)한 질병을 일으킬 수 있다. - 9 - 6학년 집중이수 단백질의약품학 김혜윤 노지수 이가영 1.6.5 Transplantation Reaction (생략) 1.6.5.1 급성 거부 Ÿ 장기 이식이 일어날 때 급성 거부 반응이 일어나는데 그 이유는 Alloreactivity이다. - 같은 종간이지만 개체가 다른 경우(allografts) 장기를 물러 받 은 개체(allogenic)의 MHC를 인 식해 생기는 면역 반응 - cross-reactive 인식이 일어난다 : allogenic MHC와 펩티드가 TCR과 결합해 Tc 반응을 일으킨 다. Ÿ 악성 종양세포는 돌연변이를 일으켜서 면역 반응을 활성 화시키지 않아 분열을 거듭해 종양이 성장한다. Ÿ 면역이 불활성을 동반해 이 과정을 억제하는 항암제가 면역 항암제이다. Ÿ 항 PD-1 항체 & 항 PD-L1 항체 : 암세포가 PD-L1를 발 현해 PD-1을 가진 T-cell에게 자기가 해롭지 않다는 신 호를 전달해(T-cell inhibition 신호) 면역세포를 피해가는 과정이다. PD-L1의 항체를 넣어주게 되면 T-cell의 inhibition이 일어나지 않아 T-cell이 활성화되어 암세포 를 죽인다. Ÿ CAR T-cell : 우리 몸에 있는 Tc을 밖으로 회수해 유전 자 조작을 통해 t-cell 표면에 scFv 도메인 항체를 연결 시켜 signal 1,2 가 활성화되어 t-cell이 암세포를 죽인다. Ÿ passive 면역 : 감염에 대응하는 경우 보통 IgG나 IgA를 모체로 얻어 면역력을 확보하거나 Ig 주사(therapeutic antibodies)를 맞아 면역을 확보한다. Ÿ active 면역 : 백신을 맞아 생성되거나 감염을 통해 생성 된다. Ÿ therapeutic antibodies : 초창기에는 쥐에서 monoclonal 항체를 생성했고 인간화 과정을 거쳐 치료용 항체를 생 성했다. 최근에는 humanized 쥐를 사용하기도 한다. - 10 - 6학년_집중이수_단백질의약품학_3강 Chapter 2. Evolution of 2.1.3 Antibodies recognize specific epitopes on antigens Antibody Therapeutics 2.1 Overview of Antibody Therapeutics Development 2.1.1 Biologics as Future Therapeutics Ÿ Epitope : 항체가 인식하는 항원의 구조적 요소 Ÿ Paratope : Epitope가 인식하는 항체의 부위 Ÿ Epitope와 Paratope는 비공유결합을 형성하며, 이러한 결 합이 연속적으로 형성되어 polymer를 형성하면 침전일 일 어나게됨 ▷ 항체는 2개의 antigen binding site가 있으며, 항원에는 많은 epitope가 있으므로 다양한 항원-항체 결합이 가능 Ÿ Biologics 시장에서 mAb가 차지하는 비율은 절대적 하다 ▷ CAGR(Compound Annual Growth Rate) : 10.9% Ÿ Biologics 주요 적응증: 암, 류마티스 관절염, 다발성경화증 Ÿ 최근 신약개발 트렌드가 Biologics에 집중되고 있는 추세 2.1.4 Antibodies-antigen interactions are mediated by shape and charge complementarity 2.1.2 Schematic and crystal structures of an IgG antibody 1) 대표적인 항원-항체 상호작용의 종류 1) Schematic structure Ÿ Van der Waals interaction 2) Crystal structure Ÿ Charge-Charge interaction Ÿ Hydrogen bonding interaction Ÿ Immunoglobulin은 heavy chain, light chain으로 구성됨 ▷ Heavy chain에 탄수화물이 붙어있음 ▷ Heavy chain과 light chain은 이황화결합으로 연결 ▷ Antigen binding site는 매우 flexible한 peptide조각인 hinge region과 연결된 형태 Ÿ Fab 2개와 Fc로 이루어졌으며, 각각 Mw의 1/3씩을 차지 함(IgG는 약 50kD정도) - 1 - 15김진솔,권민규,고영은 6학년_집중이수_단백질의약품학_3강 2.1.5 Chronological, technological, and conceptual evolution of antibody therapeutics from 1861 to 2016(★) 1) 혈청치료제 Ÿ 1800년대말 동물의 혈청을 뽑아서 사람에게 주입하는 방식 5) 세포의 표면의 antigen 중 CD(cluster of differentiation, 침 ▷ 뱀에 물리거나 벌에 쏘였을 때에 중화용으로 사용 전에 매우 중요한 단백질)을 인식하는 항체의 개발(★) Ÿ 질병에 걸렸던 사람의 혈청을 사람에게 주입하는 방식 Ÿ Antigen에 대한 agonist, antagonist 또는 inhibitor로 작 ▷ 박테리아를 죽이거나 태아에게 위험한 세포를 죽일 때 사 용 용 Ÿ 항체를 전달체로 사용 Ÿ 부작용 : 아나필락시스 ▷ 다양한 toxin이나 방사선 동위원소를 결합시켜 선택적으 Ÿ 매우 제한적으로 항체를 사용하는 방식 로 작용시키도록 기술이 개발됨 ▷ 온화한 방사선 동위원소를 결합시켜 진단시약으로도 사용 2) 항체의 정제 및 Fab의 사용 가능 Ÿ 면역원성을 줄이기 위해 사용하는 기술 Ÿ 부작용 : 아나필락시스 Ÿ 매우 제한적으로 항체를 사용하는 방식 3) 사람 혈청 유래 항체의 사용 Ÿ 반감기 증가시키는 목적으로 개발 6) Bispecific antibody Ÿ 독소를 제거하는 목적으로 사용되는 Anti-tetanus항체, 항 Ÿ 최근 항체 하나가 antigen binding domain이 여러 개인 바이러스 항체가 있으며, 산모와 아기가 혈청학적으로 맞지 점을 이용하여, 각각의 domain이 다른 항원을 인식하여 두 않을때도 사용됨 개의 항원을 인식할 수 있는 항체를 개발 ▷ cytotoxic T cell과 암세포를 인식하도록 Bispecific 4) Hybridoma기술 & 유전자재조합기술 antibody를 개발하여 암세포 치료용으로 사용 가능 Ÿ 1940년대 중반에 개발되었으며, B세포와 골수암세포를 fusion 시킴으로써 항체를 꾸준히 생산할 수 있게 하는 기 술 Ÿ 이후 유전자 재조합 기술을 통하여 fully humanized antibody, Fc fusion proteins 생산함 ▷ 치료기능이 있는 단백질이 작을 경우 쉽게 배출이 되므 로, Fc domain과 fusion시켜서 사용함 Ÿ 유전자 재조합 기술의 활용 ▷ neutralizing mAbs의 생산 ▷ 암세포를 죽일 수 있는 cytolytic mAbs의 생산 ▷ Fc optimization을 통한 PK property를 개선 - 2 - 15김진솔,권민규,고영은 6학년_집중이수_단백질의약품학_3강 2.2 Polyclonal Antibodies – Laying the Foundation for mAb therapy 2) Humanized antibody 1) 혈청치료제 Ÿ Rodent 유래 antibody에서 항원과 결합하는 부위인 CDR Ÿ 1890년에 von Behring, Kitasato가 처음으로 제안함 domaind을 제외한 모든 부위를 인간 유래 protein으로 바 Ÿ 당시에는 장티푸스, 홍역과 같은 감염된 환자의 혈청을 뽑아 꿔준 항체 서 사용하여 치료 효과를 나타냄 Ÿ 지금도 활발히 사용되고 있음 Ÿ 대부분의 혈청은 많은 동물로부터 얻어지며, 주로 말이나 면 역화된 동물에서 얻어짐 ▷ 실제 사람에게 감염시켜서 혈청을 얻을 수 없기에 동물을 사용함 Ÿ 부작용 : Anaphylaxis, Serum sickness ▷ 사용되는 혈청이 원하는 항체 뿐만 아니라 다양한 동물의 단백질이 딸려서 오기 때문에 부작용을 초래 Ÿ 1920-30년대에 항체 정제와 Fc domain 제거가 개발됨 ▷ Fc domain이 여러 부작용을 유발한다는 것을 알고 제거 함 ▷ 치료가 됐거나, 치료중이거나, 백신을 맞거나, 의도적으로 ▷ 면역화된 사람의 항체를 정제하여 사용 2.3.2 Fully Human Antibodies ▷ 사람에게 면역화 시킬 수 없는 경우 (ex)치명적인 독사의 1) Human monoclonal antibody 생산 독), 동물의 혈청을 정제하여 사용함 Ÿ mouse-human heteromyeloma를 통해 human monoclonal antibody를 생산함 ▷ 1990년대 초반에 human igM이 개발되어 human IgM 2.3 Evoluton of Monoclonal Antibody Therapeutics 약물인 nebacumab(Centoxin)이 허가됨 1) Hybridoma기술 ▷ IgM 생산기술이 어려워서 오직 16개의 mAb만이 임상 Ÿ 1975년에 Milstein, Kohler가 Hybridoma technology를 시험을 통과함 개발함 ▷ human immune effector와 상호작용이 잘됨 Ÿ mAb의 장점 ▷ 일정한 항체를 계속해서 생산이 가능함 2) Adalimumab(Humira) ▷ 항체가 원하는 항원의 epitope를 완벽하게 인식함 (약전 Ÿ 처음으로 개발된 igG 타입이 허가된 약물 의 약물의 정의를 만족시킴) Ÿ 2002년에 anti-TNFα 항체로서 류마티스 관절염 치료제로 ▷ 그러나 쥐의 mAb의 경우 동물의 혈청 치료와 차이가 있 허가됨 는지에 대한 의문이 제기됨 Ÿ 염증을 유발하는 TNFα를 억제함으로써 자가면역질환을 Ÿ 1970년대에 급성 감염에서 만성질환에 초점이 맞춰지게 되 비롯한 많은 질환에 대해 적응증을 인정받음 면서 쥐의 mAb가 효과와 안정성에서 문제가 됨 Ÿ 2018년 기준으로 약 200억 달러의 매출을 올림 ▷ 쥐의 mAb를 오래 사용할 경우 외부 항원으로 인식하기 때문 2.4 Fc Fusion Proteins Ÿ Orthoclone-OKT3™ ▷ Human CD3를 억제하는 IgG2a로서, acute allograft 1) Fc Fusion Proteins rejection을 예방하는 목적으로 허가됨 Ÿ Fc fusion proteins의 치료 측면에서의 장점 ▷ 짧게 사용함 ▷ Fc domain의 면역학적 효과 유지 가능 ▷ Fc domain은 세포의 FcRn과 결합하여 쉽게 분해되지 2.3.1 Chimeric and Humanized mAbs 않고 오랫동안 circulation이 가능 (세포의 FcRn과 결합 1) Chimeric antibody 하면 세포에 uptake 되고 lysozome으로 가기 전에 세 Ÿ 분자생물학 기술이 발달하면서 인간 항체와 유사한 항체 생 포 밖으로 방출됨) 산이 가능해짐 ▷ human immune effector와 상호작용이 잘됨 Ÿ 인간 항체와 유사함에 따른 장점 Ÿ Fc fusion protein은 hinge region과 heavy constant ▷ 면역원성이 감소 domain을 포함하는 구조 ▷ 반감기가 증가함 Ÿ Fc fusion protein은 약리적으로 mAb와 유사한 효과를 나 ▷ human immune effector와 상호작용이 잘됨 타냄 Ÿ Chimeric antibody : Mouse antigen-binding domain 과 human constant region domain을 결합한 항체 - 3 - 15김진솔,권민규,고영은 6학년_집중이수_단백질의약품학_3강 2) Etanercept (Enbrel™) 2.5.3 Targeting Membrane Receptors Ÿ 1998년에 고혈압 치료제로 개발된 최초의 Fc fusion 1) 다양한 Membrane antigen이 밝혀졌으며 대부분의 Proten Membrane antigen은 receptor임 Ÿ TNF-RⅡ와 IgG Fc portion을 fusion시킨 Fc fusion 2) Receptor의 활성을 조절하는 항체들을 생성 protein Ÿ IL-2Rα(CD25) Ÿ 2019년 기준으로 48억 달러의 매출을 올림 ▷ antagonistic Abs는 allograft rejection을 예방 Ÿ TNF receptor이 TNF와 결합하기 때문에 혈중의 TNF를 ▷ basiliximab(Simulect), daclizumab(Zenapax) scavenging하는 역할 Ÿ Platelet integrin GPⅡb/Ⅲa Ÿ 대부분의 Fc fusion protein들은 CHO cell에서 생성됨 ▷ fibrinogen receptor, 혈전을 형성하는데 꼭 필요한 receptor. ▷ 억제하면 혈전형성을 억제(anti aggregating effect) ▷ Abciximab : 1994년 처음으로 허가된 Fab domain으 로만 이루어진 antibody로서 체내에서 매우 짧은 시간 동안만 발현하고, T cell이 공격하지 않기 때문에 세포가 죽지 않고 그 세포의 기능만을 억제하는 antibody Ÿ Cytokine receptor에 결합하는 antibodies ▷ Tocilizumab은 IL-6R에 작용함 ▷ trastuzumab(Herceptin)은 HER2를 억제, ▷ cetuximab은 EGFR을 억제 2.5 Evolution of Concpets in Antibody Pharmacology Ÿ Immune checkpoint inhibitor 2.5.1 Neutralization ▷ ipilimumab, pembrolizumab, nivolumab 1) Chimeric antibody Ÿ Serotherapy는 일종의 antitoxin과 같은 역할 2.6 Future Directions for Antibody Therapeutics ▷ toxin들을 neutralize하는 기능을 가짐 Development Ÿ antibody: body(immunization, 우리 몸에 문제를 일으키는 2.6.1 Production of monoclonal antibodies(★) 물질)에 대항하는 것 Ÿ Anti TNF-α agent는 실제로 우리 몸 “안”에서 생긴 독성 물질을 제거하는 목적으로 사용된 항체 ▷ 초기 신체 외부 물질인 toxin들을 제거하는 serotherapy들에서 더 확장된 개념 2.5.2 From killing Bacteria to Killing Human cells Ÿ Bifunctional molecules ▷ Fab domain : 항체와 결합하는 기능 ▷ Fc domain : immune effector를 활성화시킴 Ÿ 초기에 ‘항체가 인간의 백혈구를 죽일 수 있다’는 것을 관찰 함 ▷ 이를 통해서 문제가 될 수 있는 림프구를 죽일 수 있는 ▷ ALG(Anti-Lymphocyte Globulin)가 개발됨 ▷ 이후 ALG는 OKT3로 대체됨 Ÿ 초기 항체들은 말이나 토끼등에서 만들어졌으며, cytolytic activity나 allograft rejection에 쓰임 Ÿ Campath-1H ▷ alemtuzumab : Leukocyte를 죽게하는 IgG1 ▷ Humanized version의 antibody: MabCampath ▷ Multiple sclerosis 치료제로 사용되는 Lemtrada Ÿ Rituximab 1) monoclonal antibodies 생산방법