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항체의 구조


  항체의 기본 구조는 위 그림과 같습니다.
  혈액 속에 가장 많이 존재하고, 비교적 단순한 구조인 IgG급 항체의 구조 입니다.
  Y자 형에 항체와 결합하는 부위가 있고 나머지 잘 모르는 부분들이 있네요.

  IgG급 항체를 환원제로 처리하면 항체의 cystein 간 disulfide bond(이황화결합)이 끊어집니다. 이것을 전기영동(electrophoresis)하면 두 가지 크기의 단백질이 나타납니다. 이 중 하나가 그림에서 안 쪽에 Y 자 모양으로 보이는 heavy chain 이고 나머지 하나가 바깥쪽 연녹색의 light chain 입니다.

  IgG 항체 한 분자는 heavy chain과 light chain 각각 두개씩으로 구성되어 있습니다.



  그림을 천천히 보면서 읽어주세요^^
  IgG 항체는 단백질 분해 효소인 papain으로 절단해도 항원에 대해 반응 합니다. 그 이유는 두 개의 항원 결합 부위(antigen binding fragment) Fab항원과 결합하지 않는 Fc (crystalizable fragment)로 나뉘기 때문입니다.
  즉, Fab는 항원과 결합하고 Fc는 항원과 결합하지 않는 것입니다. Fc 는 모아 놓으면 결정을 형성하는데 이것으로 IgG 급 항체의 항원 특이성이 달라도(항원 결합 부위의 구조) Fc 지역을 구성하는 아미노산 서열이 서로 같음을 알 수 있습니다.
  
  IgG 항체를 pepsin으로 잘랐을 때는 두 개의 항원 결합 부위가 한 조각에 존재하는 F(ab')2가 얻어집니다. 이것 역시 항원과 결합하는 능력이 있습니다.
 
  위와 같은 것들은  IgG급 항체들의 항원 결합과 상관 없는 부분의  아미노산 배열이 서로 매우 유사함을 보여줍니다.

  또 그림과 같이 한 분자의 IgG 항체에는 항원이 결합 할 수 있는 두 개의 독립적인 부분이 있어서 하나의 항체가 두분자의 항원과 동시에 결합 할 수 있습니다.

  그림 처럼 heavy chain과 light chain이 쌍을 이루어 항원 결합 부위는 다른 부분과는 다른 독립적인 구조를 형성합니다. 한 분자의 항체에 있는 각각의 heavy chain과 light chain은 나머지 하나와 아미노산 배열이 완전히 같아서 결론적으로 하나의 항체에 두 개의 똑같은 항원 결합 부위가 존재하게 됩니다.

  다른 class의 항체들은 아마노산 배열이 IgG 항체와 다르긴 하지만 그 기본 구조는 유사합니다.
오늘은 여기 까지입니다. 점점 어렵네요^^ 고등학교때까지 항체는 그냥 Y 자로만 알았는데^^

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  항체(antibody)는 항원(antigen)과 결합하는 단백질입니다.

  이 항체는 항원의 작용을 방해하거나 불능화 시키는 중화(neutralization)와 항원이 제거되도록하는 반응을 유도하는 작용기능(effector function) 등 여러가지 기능을 합니다.



  항체는 체액성 면역 반응에서 혈청과 체액에 녹아있는 immunoglobulin glycoprotein 입니다. 서로 다른 항체는 항원특이성은 다르지만 물리화적적으로 아주 유사합니다.
  또, 항체는 체액 뿐만 아니라 B cell의 표면에서 B cell의 항원수용체로(surface immunoglobulin) 존재합니다. 혈액의 항체는 이 B cell 표면의 immunoglobulin이 밖으로 분비된 것입니다.


 - primary antibody repertorie
  위에서도 말했 듯이 항체의 구조는 유사하지만 각각 항체의 항원특이성은 매우 다양합니다.

 - secondary antibody repertorie
  특정한 항원과 다시 반응하게 되면 항체의 항원특이성은 특정한 항원에 대해 반응성이 높아집니다.

  인간을 포함한 포유류에서는 5가지 그룹(class)의 항체가 존재합니다. 이 각각 그룹을 항체의 class 또는 isotype 이라고 합니다.
  서로 다른 급의 항체는 항체의 모양 및 기능에 따라 구분됩니다.  이 구분은항원특이성과는 무관합니다.

 

 

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면역원성(immunogenicity)은 항원 자체의 성질과도 관련 있지만, 항원 외적인 요소에 의해서도 영향을 받습니다.

■ 항원 자체의 성질

 - 항원 이질성 (foreignness)
 - 분자량 (molecular size)
 - 화학조성과 복잡성 (chemical composition and complexity)
 - 항원제시세포와의 결합성(antigen presentation)

 등의 영향을 받습니다.
 

■ 항원 외적인 요소

 - 숙주의 유전적 구성
  : 예를 들어 B형 간염 예방 접종을 받고 어떤 사람은 항체가 생기는 반면 다른 어떤 사람은 항체가 생기지 않는 것을 볼 수 있습니다.  이는 항원을 받아 들인 숙주의 일부 유전자가 서로 다르거나 그 유전자의 발현이 다르기 때문입니다.
    이런 차이는 주로 주조직적복합체 (MHC: Major Histocompatibility Complex) 유전자가 다르기 때문에 (allotype) 나타나는 것으로 알려져 있있습니다.


 - 항원의 양과 투여경로
  : 너무 많은 양의 항원을 투여하거나 너무적은 양을 투여하면 면역 반응이 일어나지 않고 오히려 내성(tolerance)상태가 될 수 있습니다.
    일반적으로 경구투여(입을 통해 먹음(PO))보다는 비경구투여(근육주사(IM), 정맥주사(IV)등등) 가 면역 반응을 잘 유도합니다.
    항원의 반복적인 투여로 항체 생산을 돕기도 합니다.
 
 


 - 에져번트(adjuvant)의 사용여부
  : adjuvant는 숙주 내에서 항원을 더 오래 존재하도록 하거나 다른 면역 세포들을 자극하여 면역반응을 돕는 물질을 말합니다. 이런 물질들을 사용함으로써 면역원성을 높일 수 있습니다.




■ 좋은 면역원

 - 이질성이 크고 (숙주에 존재하지 않는 다른 생명체의 분자, 진화적으로 멀어서 구조나 아미노산 배열이 다른 물질)
 - 분자량이 충분히 크며
 - 화학적 조성이 복잡하여 그 구조가 복잡할 수록 (저분자<고분자<단백질<세포)

좋은 면역원이 됩니다.



참고로 B cell은 단백질, 탄수화물, 지방, 핵산 등 어떤 것이라고 항원으로 작용하지만 T cell은 오로지 단백질 항원에만 반응합니다.
대부분의 면역반응에서  T cell의 역할이 중요하므로 면역반응으르 잘 유도하는데는 단백질 항원이 유리합니다.

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  항원(antigen)은 항체(antibody)와 반응하지만 생명체에서 항상 항체의 생산을 유도하지는 않습니다. 다시 말하면 어떤 항원은 그 자체로 항체 생산을 잘 유도 하지만, 어떤 항원은 어떤 조건이 맞아야만 항체를 생산합니다. 이런 반응은 항체 뿐만 아니라 T cell의 반응에도 마찬가지 입니다.

  항원과 구분하여  체내에 들어와서 체액성 면역반응과 세포 매개성 면역 반응을 유도하는 물질을 면역원(immunogen)이라고 합니다. 좀 더 자세히 말하면 면역원은 체내에 들어와서 B cell을 Plasma cell로 활성화 시켜 항체를 생산하게 하거나 T cell을 helper T cell이나 cytotoxic T cell (CTL)로 활성화 시키는 등의 면역 반응을 유도하는 물질입니다.

  면역원은 항원이라고 할 수 있지만 모든 항원이 면역원인 것은 아닙니다.

  즉, 항원-항체가 반응(결합)하는 여부와 항체를 잘 생산하느냐의 여부는 별개의 문제라는 것 입니다.

 
■ 합텐(hapten)과 캐리어(carrier protein)

 
 - 합텐(hapten)
  : 5000달톤 이하의 작은 분자는 항체와 결합을 할 수 있지만 그 자체로 항체의 생산을 유도하기는 어렵다. 즉 이런 작은 분자들은 항원이지만 면역원이 아닌 경우에 해당한다. (아래와 같은 작은 분자들.)


 - 캐리어(carrier protein)
  : hapten 같은 작은 분자가 다른 큰 분자의 단백질과 결합했을 때 hapten에 대한 항체 생산을 유도한다.

hapten+carrier=immunogen


  다시 설명하면 hapten만으로는 면역반응을 일으킬 수 없지만 다른 단백질과 결합시켜 면역반응을 유도하는 면역원으로서 기능을 할 수 있다는 것입니다.



  항원의 면역원성은 이 hapten이라는 물질에 대한 항체반응을 연구하는 과정에서 알려졌습니다.
  1920년대 K. Landsteiner 라는 사람의 연구에서 DNP(dinitropehnol)을 hapten 항원으로 이용하여, DNP만 실험 동물에 주사한 경우 hapten에 대한 항체가 만들어 지지 않는 것을 확인 하였습니다. 반면 DNP hapten을 BSA(bovine serum albumin: 소혈청알부민)에 공유결합 시킨 후 주사 한 경우에는 hapten이 면역원 역할을 하는 것을 발견하게 됩니다. 이후 hapten과 결합하여 면역반응을 유도한 단백질을 carrier 라고 부르게 되었다고 합니다.




■ hapten에 대한 항체 생산에서 B cell과 T cell의 상호작용

  hapten이 붙어있는 단백질이 체내에 들어와서 B cell의 항체 단백질과 결합하면, B cell이 endocytosis(내포작용)를 하여 hapten과 carrier protein을 분해해서 T cell에 제시하게 됩니다. 이를 인지한 T cell은 B cell이 항체를 만들 수 있도록 유도합니다. 이런 과정을 거치는 이유는 B cell의 MHC(Major Histocompatibility Complex : 사람의 경우 HLA(Human Leucocyte Antigen))가 peptide와만 결합하기 때문에 hapten 같은 분자만으로는 항원제시 과정이 일어날 수 없는 것입니다.


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이번에는 항원과 항체의 결합에 대해서 알아보겠습니다.

그동안의 내용들은 다른 사물과 비유하기 힘든 부분이 많아서(?) 좀 재미가 없었을 것 같네요.
이제 머리를 쥐어 짜내서라도  좀더 이해하기 쉬운 글을 쓰도록 하겠습니다.
서론이 길었죠.^-^
언제든지 틀린 내용에는 딴지 부탁드립니다.^^

다시 들어갑니다. 항원과 항체의 결합에 대해서 이야기 하겠습니다.

 - 항원과 항체의 결합은 항체의 아미노산 분자와 항원 분자간의 비공유 결합 입니다. 이런 비공유 결합은 둘 사이의 거리가 가까워져서 생깁니다.
 - 항원과 항체는 서로 화학적으로 상보성을 가진 특이적 결합입니다.
 - 또 항원이 항체와 결합하는 부분은 항원의 전체가 아닌 항원의 일부분이며, T cell 항원의 경우도 마찬가지로 항원의 일부분만이 T cell과 결합합니다.

이렇게 항체와 결합하는 항원의 일부 지역항원 결정(결합) 부위(antigenic determinant) 또는 epitope 이라고 합니다.
항원은 큰 분자인 경우가 많고 항원 전체에 한 가지 항체만 결합하는 것이 아닙니다.
하나의 항원에는 다양한 항원 결정 부위(epitope)가 있다는 말입니다.

아래 그림에서 세균(항원)의 표면에 서로 다른 모양의 epitope을 보실 수 있습니다. 항체 A와 항체 B가 붙에 있네요. ㅎㅎ

아래 폭탄모양 그림 처럼 여러 종류의 epotope을 가질 수 있습니다. 또 오른쪽 그림에서는 epitope이 MHC와 결합한 작은 분자네요.


예를 들어 우리 집에 제 힘으로 제압할 수 있는 도둑이 들어왔다고 가정해봅시다. 도둑을 맨손으로 제압하기 위해서 도둑(항원)을 묶을 수도 있고 발목을 잡고 늘어질 수도 있고 어쩌면 헤드락을 걸어버릴 수도 있다는 것이죠. 그러니깐 우리 집에 칩입한 항원을 근거리에서 제압할 수 있는 부위가 여러군데 라는 겁니다.


사실 제압이라기 보다 epitope은 항원을 인식하는 부위라고 하는 것이 정확합니다!!


■ B cell epitope


  항체는 B cell의 항원 수용체로 항원의 입체 구조를 그대로 인식하여 항원과 직접 결합합니다. 탄수화물, 단백질, 핵산 등 모든 물질을 인식하며 epitope이 여러 종류일 수도 있고, 그 것들이 서로 다르게 생기거나 혹은 비슷하게 생길 수도 있습니다. 


■ T cell epitope
  
  아래 그림의 초록색 분자 부분이 epitope입니다.


  T cell의 항원 수용체인 TCR(T Cell Receptor)은 단백질 항원만 인식합니다.
  다시 설명하자면 TCR이 항원인 큰 단백질과 직접 결합하지는 못합니다. 즉 입체구조를 인식하지 않는 다는 말입니다. 대신 항원 단백질의 펩타이드가 다른 세포의 MHC(Major Histocompatibility Complex)단백질과 결합된 상태를 인식합니다.
  간단히 말해서 단백질 항원의 일부 아미노산 서열을 인식하여 면역반응을 하는 것 입니다.
  즉, 항원 단백질의 일부 펩타이드 서열이 T cell epitope이 되는 것입니다.


■ 항원 인식에서  T cell과 B cell의 차이

  혹시 늑대와 7마리 아기염소 이야기를 기억하시나요?


  "블라블라 여차저차 하여 늑대가 엄마 염소의 흉내를 내서 아기 염소들을 잡아 먹으로 갑니다. 6마리의 아기 염소는 엄마 흉내(변성)를 내는 늑대에게 속아서 그만 잡아 먹히고 말지요. 하지만 마지막 한마리 아기 염소는 늑대의 목소리(아미노산 서열)를 듣고 엄마 염소가 아니라는 것을 알아차립니다."
 (이해를 위해 제가 나름 각색을 했습니다 ^^ 이해해주시길)

  위 이야기에서 늑대 밥이 된 6마리 아기 염소는 B cell, 살아 남은 한마리 아기 염소는 T cell에 비유할 수 있습니다.
  즉 B cell은 항원을 인식할 때 항원의 구조를 인식합니다. 그래서 항원의 구조가 변하면 더 이상 면역 기억 반응을 못 합니다. 약점을 가지고 있죠.
  하지만 T cell은 항원의 일부 아미노산 서열을 인식하기 때문에 구조가 변해도 그 서열만 안 변한다면 면역 반응을 할 수 있습니다. 염소 탈을 쓴 늑대를 잡아내는 것이죠.



  추가로 에피톱이 Linear(선형)한 경우 변성되거나 잘려도 epitope이 유효하지만 Conformational(입체)한경우 변성되거나 잘리면 epitope이 사라집니다.



■ 면역 우성 epitope (immunodominant epitope)

  한  항원은 여러 종류의 epitope을 가질 수 있습니다. 이렇게 여러 종류의 epitope 모두가 똑같이 면역 반응을 유도하는 것은 아닙니다.
  어떤 epitope은 다른 epitope보다 B cell 또는 T cell과 더 잘 반응합니다. 이런 epitope을 면역 우성 epitope이라고 부릅니다.
 


  면역 반응이 일어나면 이 면역 우성 epitope과 반응하는 항체가 많이 만들어지게 되는 것입니다.
  그리고 한 항원에서 B cell epitope과 T cell epitope은 서로 다를 수 있습니다.

짤막한 정리
한 항원에는 항체(B cell, T cell 포함)가 항원을 인식하는 부위인 epitope이 있고, 그 종류가 여러 가지일 수 있으며, B cell과 T cell의 epitope에는 차이가 있다. 그리고 epitope에 따라 반응하는 정도가 다른데 B cell 또는 T celll과 잘 반응 하는 것을 면역 우성 epitope이라고 한다!!

이번 포스트는 제가 분량 조절에 실패한 것 같습니다;; 너무 많은 것 같아요.
그리고 가면 갈 수록 내용이 어렵네요.^^ 끝까지 봐주셔서 감사합니다!!
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면역학에 대해서 조금씩 조금씩 쓰고 있습니다.
이번에는 항원에 대해서 간략히 소개하겠습니다.

미리 밝히지만 저는 면역학 전문가가 아닙니다.
저도 공부하면서 올리는 것이니 부족한 점은 보태주시길^^

■ 항원(antigen)이란?

 

  - 항원(antigen)이란 항체(antibody)와 결합하는 모든 물질
  - 항체와의 결합성과 상관없이 적응면역과 반응하는 모든 물질

 



  쉽게 말하자면 면역 반응을 일으키는 모든 물질이 항원이라는 것입니다.
  보통 항원이 항체 반응을 유도하기 때문에 항원이라고 불리지만 위에서도 말했듯이 항원은 항체 반응 뿐만 아니라 B림프구, T림프구와도 반응하여 면역 반응을 일으킵니다.
  이런 항원에는 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 등과 같은 생체 물질 뿐만 아니라 화학 물질을 포함한 세상의 모든 물질이 항원이 될 수 있습니다.


  하지만 모든 항원이 면역 반응(항체의 생산 등)을 유도 하지는 않습니다. 이런 의미에서 우리 몸 속에 들어와서 체액성 면역 반응이나 세포 매개성 면역 반응을 일으키는 물질은 항원과 구별하여 면역원(immunogen)이라고 부릅니다.


■ B cell antigen (B림프구 항원)

  - 항체와 결합하는 항원 (B cell은 항체를 생산하는 림프구 입니다.)
  - 세포, 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 등의 생명체 분자
  - 화학분자



■ T cell antigen (T림프구 항원)

  - T 림프구와 반응하는 물질
  - 단백질 또는 단백질과 공유결합된 물질


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림프구와 림프의 순환



■ 림프의 순환

  림프는 조직과 세포 사이에서 모여서 작은 림프관을 통해 이동합니다. 작은 림프관들은 흉관(thoracic duct)오른 림프관(right lymphatic trunk)이라는 큰 림프관으로 모이게되며 이것을 통해 림프들이 대정맥을 통해 혈관으로 들어와 심장으로 들어가게 됩니다. 심장에서 혈액과 혼합된 림프는 동맥을 거쳐서 심장 밖으로 나오게 되며 모세혈관을 통해 다시 조직으로 들어갑니다. 



■ 항원의 이동
  
  장이나 조직 사이로 침투한 항원은 입수관을 통해 림프절로 들어가서 면역 반응을 일으키며, 다시 출수관을 거쳐 순환합니다. 반면 혈액을 통해 직접 들어온 항원은 비장 동맥을 통해 비장으로 들어가서 면역 반응을 일으킨 후 비장 정맥을 통해 순환합니다. 아래는 피부 조직의 표피 사이로 침투하는 항원이군요. 수지상 세포(dendritic cell)가 항원을 감지해서 림프절의 T cell을 활성화 시킵니다. 그러면 림프의 순환을 통해 활성화된 림프구가 면역 반응을 일으킵니다.





■ 림프구의 순환

  림프구도 림프와 한께 순환 하는데, 이는 효과적으로 항원을 감지하고 적절한 면역 반응을 하기 위함입니다. 조직이나 림프기관의 림프구는 림프관을 따라 혈관으로 이동하며, 혈관의 림프구는 HEV(high endothelial venule)라는 특수한 형태의 세정맥(PCV : post capillary venule) 내피 세포 사이를 통과해서 조직으로 이동합니다. 그 후에 림프구는 조직에 머물거나 다시 순환하게 됩니다.

아래 그림에서 N은 naive T cell, E는 effector cell, E/M은 effector-memory cell입니다.

 




■ 림프구의 귀환

  순환 중인 림프구는 다시 그 것들이 들어가야할 림프 조직으로 들어가기도 합니다. 이 현상을 림프구의 귀환(lymphocytes homing)이라고 하는데, 림프구의 귀환은 림프구 표면에 있는 림프구 귀환 수용체(lymphocyte homing receptor)와 림프조직에 있는 HEV의 혈관 주소 단백질(vascular addressin)의 상호 작용에 의해 일어 납니다. 아래 그림에서 두 T cell의 receptor와  내피세포의 단백질에 차이가 있는 것을 볼 수 있습니다.  homing이라고 표현하는 것을 보면 임무를 마친 병사들이 다시 부대로 돌아간다는 느낌이랄까요? 부대로 복귀할 때 위병소에서 소속과 계급 이름 등등 여러가지를 확인 하겠죠 이런 확인 절차가 끝나면 조직으로 귀환하는 것이라고 생각하면 좋겠네요.

 


 

이번 포스팅에서 한 가지 제가 인상깊은 것은 기억 세포가 한번 본 항원을 기억하듯이 세포들이 상호간에 막 단백질과 receptor 로 원래 자기가 있었던 조직이 어딘지 원래 조직이 품고 있던 림프구가 뭔지를 기억? 인지? 한다는 것입니다.

점점 어려워져서 그림 찾기가 힘드네요. ㅠㅠ 제가 설명하려는 것보다 너무 어렵거나 너무 쉬운 그림들이 대부분이군요.
그래도 힘을 내서 !! 열심히 포스팅 하겠습니다. 틀린 부분이 있다면 과감히 댓글 부탁 드립니다!!
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  앞서 포스팅한 림프절(lymph nodes)이나 비장(spleen) 외에도 인체서는 여러 2차 림프조직들이 있습니다.



■  점막면역계(muscosal immune system)


  호흡기나 소화기에는 T cell이 밀집해 있고 B cell, macrophage 등이 느슨한 cluster를 형성하는 점막면역계 라고 부르는 림프 조직이 발달돼 있어서 점막을 통해 칩입하는 미생물을 막아줍니다. 소장의 Peyer's patch, 충수(맹장, appendix)의 lymphiod follicle, 인후(pharynx)의 편도(toncil), 상부호흡기의 submuscosal lymphoid system 이 대표적인 점막면역계의 조직들(MALT : muscoa-associated lymphiod tissue)입니다.



점막 연관 림프 조직들은 부위에 따라 구분합니다.
  BALT : bronchus-associated lymphiod tissue (호흡기)
  GALT : gut-associated lymphiod tissue (소화기)
  NALT : nose-associated lymphoid tissue (코)
  SALT : skin-associated lymphiod tissue (피부)
  VALT : vascular-associated lymphoid tissue (혈관)


■ 표피면역계(cutaneous immune system)

  피부에도 표피면역계가 존재하여 피부 외부에서 침입하는 항원들을 막아줍니다.


 
■ 비정상적 림프조직(ectopic lymphoid system)

  관절염 환자의 관절에 형성된 lymphoid follicle 같은 원래는 존재하지 않는 비정상 림프 조직도 있습니다.

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  비장(지라, spleen)은 좌측 상복부에 있는 붉은색 캡슐(capsule)로 둘러싸인 기관으로 하나의 동맥이 들어와서 다시 여러개의 세동맥(arteriole)으로 갈라져 있는 기관입니다.

  비장의 세동맥은 세동맥 주위 림프계(PALT : periarteriolar lymphiod tissue)라는 림프 조직에 의해 둘러싸여 있어서 혈관을 통해 들어온 항원에 대한 면역 반응이 일어납니다. 림프절은 림프를 통해 들어온 항원에 대한 반응을 하고 비장은 혈관을 통해 들어온 항원에 반응 하는군요.

  그림에서 붉게 보이는 부분인 red pulp에는 혈액이 풍부합니다. 이 red pulp에 대하여 림프조직들이 있는 곳을 white pulp라고 합니다.
  
  비장의 세동맥 끝에는 작은 혈관 동공(vascular sinus)이 있는데 이곳 에서 주로 적혈구의 파괴와 철분의 회수가 일어납니다. 이 것은 예전에도 말씀드린 데로 혈구생성에 대해 인체의 혈구 밸런스를 위함 이겠지요. 그리고 건강한 혈구를 유지하기 위함이라고 볼 수도 있겠군요.
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  림프절(lymph nodes)은 조직의 림프관 중간에 위치하며, 한 쪽이 오목한 강낭콩 모양의 직경 1mm ~ 2cm 정도인 작은 결절입니다. 주로 세포나 조직 사이로 들어온 항원을 림프를 통해 받아들여서 면역 반응을 유도합니다. 흉선이 훈련소였다면 림프절은 전투현장이라 할 수 있겠네요. 처음 전투에 참가한 초보 병사들은 전투를 통해 적을 인식하고 전투 경험을 쌓은 이후엔 엄청난 공격력을 발휘하겠죠? 




  림프절에는 여러 개의 관이 연결되어 있습니다. 이 입수관(afferent lymphatic vessels)을 통해 림프와 함께 여러가지 물질들이 들어와 림프절 피질 아래의 작은 동공(subcapsular sinus)에 도달하게 됩니다.

  림프절의 피질(cortex)에는 세포들이 모여 있는 소포(follicle)들이 있는데, 일부 소포들은 germinal center라고 부르는 구조를 가지고 있는 것도 있습니다. 내부의 수질(medulla)에는 림프구(lymphocyte)와 대식세포(macrophage)가 비교적 드문드문 존재하며, 이 것들은 서로 접촉하지 않는 상태에서 서로 가까이 존재합니다.
 
  수질 쪽에는 하나의 출수관(efferent lymphatic vessels)이 있으며, 림프나 림프구가 이 관을 통해 림프절을 나갑니다.

  위와 같은 림프 절의 구조는 림프구와 림프가 수시로 림프관을 통해 림프절로 들어오고 나가는 것을 가능하게 합니다. 그리고 림프구나 보조세포들은 림프절의 특정 지역에 모여 있는데, follicle에는 아직 항원을 인식하지 못한 resting B cell이 많이 존재하며, germinal center에는 T cell의 도움을 받아 항체를 생산하는 성숙한 B cell들이 많이 있습니다. germinal center의 기능은 명확치 않지만 기억 세포의 생성과 관련이 있다고 여겨집니다. T cell은 주로 follicle 사이나, parafollicular area라는 피질 지역에 있습니다.

  혹시 아래 이미지를 보고 위의 고지 점령전의 사진이 떠오르시나요?? 저는 왠지 비슷한 것 같네요. 감염원의 입장에서는 이 림프절을 넘어야 다음 목표로 퍼져 갈 수 있다는 의미에서요^^;; 저만의 생각입니다.



  림프구들의 위치를 간단히 구분하면 
  : follicel, germinal center - B cell, macrophage
    interfollicular area - T cell

  로 구분됩니다.
  
  충분히 분화한  plasma cell(항체를 생산하는 B cell)들은 림프절을 떠나 다른 조직으로 이동합니다.

  이 림프절에서 감염 등에 의해 면역반응이 강하게 일어나면 림프절이 붓고 통증이 생깁니다. 몇몇 분들은 아마 사타구니 쪽(서혜부)에 부어 올라서 묵직한 통증을 느낀 분이 있을겁니다. 림프절염(임파절염)이라고 하는군요. (때로는 이 감염이 심각한 경우도 있더군요.)
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  흉선(thymus, 가슴샘)은 목뼈 앞(심장의 대혈관 앞 쪽)에 있는 두개의 잎(lobe) 모양(삼각형 모양)의 기관으로 각각의 잎은 작은 잎인 소옆(lobule)으로 구성돼 있습니다. 각각의 소엽은 피질(cortex)수질(medulla)로 구성되어 있습니다. 

  이 흉선은 면역 세포 중 T cell을 생산하는 기관입니다.

  피질에는 많은 수의 림프구들이 있고 수질에는 적은 수의 림프구가 있습니다. 이 림프구들은 T 림프구로 분화 중인 전구세포인 흉선세포(thymocytes, T cell precursor)들입니다.

  흉선의 나머지는 상피세포(epithelial cell)와 대식세포(macrophage), 수지상세포(dendritic cell)로 구성되어 있습니다. 이 세포들은 thymocyte에 MHC(Major Histocompatibility Complex, HLA)를 보여줘서 숙주의 T 림프구 repertorie를 결정하는데 관여하고 T림프구 전구 세포의 성장에 필요한 인자를 제공합니다. 그러니깐 세포 표면에 있는 피아를 구분하는 어떤 표지를 인식하는 훈련을 받는 것입니다. (MHC에 대해서는 나중에 자세히 다룹니다.)



  골수에서 유래된 전구 세포는 흉선의 소엽 피질의 정맥을 통해 흉선 안으로 들어가고 이렇게 피질로 들어온 흉선세포(thymocyte)는 수질로 이동하는 동안 흉선을 구성하는 다른 세포들과 접촉을 통해 말초에서 상호작용할 세포들이 가지고 있는 MHC에 대하여 배우게 됩니다.  이 과정에서 자신의 MHC를 인식하여 면역 반응을 하거나 남의 MHC를 잘 인식 하지 못하는 thymocyte들은 모두 죽게되고 나머지(대략 50x10^6개 중 1x10^6개)만 살아남아서 성숙된 T 림프구가 됩니다. 이렇게 외부의 항원만 인식하는 성숙된 T 림프구는 말초 혈액으로 방출되게 됩니다. MHC를 보여주는 것을 MHC presentation 이라 하고, 이 전 과정을 thymus education 이라고 합니다.



  위에도 잠깐 언급했지만 이 과정은  아군과 적군을 구별하는 방법을 배운다고 생각하시면 되겠습니다. 아군을 적으로 인식하거나 적을 아군으로 인식하는 병사는 전장에서 제 기능을 할 수 없으니 사라져야하겠죠. 명확한 비유는 아니지만 말초에서 활동중인 T cell은 낙오하지 않고 고도의 훈련(교육)을 받은 정예 병사라고 생각하시면 쉽겠네요.

  



  위와 같은 과정 상에 이상이 생기면 자가면역질환(autoimmune disease) 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.


  나이가 들면 점점 흉선이 작아져 거의 확인이 어렵지만 여전히 T림프구의 성숙 장소의 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다.
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■ 골수 (bone marrow)

  혈액의 혈구는 골수의 전구 세포(stem cell)로부터 분화 되는데, 태아일 때에는 간과 비장에서 만들어지다가, 태어난 후에는 점차 골수가 그 기능을 하게 됩니다.  전구 세포로부터 혈구가 생성되는 과정일 '혈구 생성 과정(hematopoiesis)'라고 하는데 이 과정은 골수의 스폰지 상태의 망상 구조의 '수질(red marrow)'에서 일어납니다. 수질에 전구 세포와 그 것들을 성숙시키는 여러가지 세포들이 모여 있어서 혈구들을 만들어 냅니다.


  수질에서는 위와 같은 과정이 일어나기 때문에 전구 세포와 분화 중인 혈구 들이 존재 합니다.



  혈구를 생성하는 전구 세포는 myeloid(골수성) 계통의 세포와 lymphoid(림프성) 계통의 세포로 분화되고 다시 적혈구와 림프구 또는 다른 보조 세포들로 분화됩니다.



  그리고 혈구 생성 과정 중 stromal cell이나 macrophage등이 만들어내는 colony stimulating factor(CSF)라는 종류의 cytokine은 전구 세포의 성숙과 분화에 관여합니다. 하지만 전구 세포가 어떻게 각각의 다른 혈구로 분화되는지에 대해서는 모르는 부분이 많다고 합니다.



 

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  림프 조직 (또는 면역 조직)은 면역 세포들이 모여서 만들어진 조직을 말하며, 면역 반응에 필요한 세포들 사이의 상호 작용이 잘 일어나도록 구성 되어 있습니다. 항원 제시 세포와 림프구의 상호작용에 의한 면역 반응을 유도하고, 면역 세포의 분화와 성숙에 필요한 세포 상호 작용이 일어납니다.


 계속해서 없어지는 면역 세포를 보충하기 위해 새로운 면역 세포를 만드는  조직을 1차 림프 기관(primary lymphoid organ) 이라고 하며, 면역 반응이 일어나는데 필요한 조직을 2차 림 프기관(secondary lymphoid organ) 이라고 합니다.

 1차 림프 기관에는 골수(bone marrow)흉선(thymus) 가 대표적이며 면역 세포가 만들어지는 곳 입니다. 즉 림프구 성숙과 분화가 일어나는 곳으로 다른 말로 생산적 림프 기관(generative lymphoid organ) 이라고 부르기도 합니다. 그러니깐 이 기관들은 논산 훈련소나 기타 훈련 교장 등과 비교할 수 있겠죠?




  2차 림프 기관에는 림프절(lymph node), 비장(spleen)충수(appendix), 편도(tonsil)Peyer's patch 같은 작은 림프절(lymph nodules)로 존재합니다. 면역세포가 항원과 반응하여 면역반응이 일어나는 곳으로 말초 림프 기관(peripheral lymphoid organ)이라고도 합니다. 특정 구조가 정해져 있지 않고 다른 조직에 흩어져 있는 diffused lymphatic tissue들과 질병 발생 과정에 형성되는 일시적인 림프조직도 있습니다. 사실 감염이 일어난다면 어느 곳이든 전장이 되겠지만, 2차 림프 기관은 대해 비교하면 실제 전투 지역과 가깝다고 할 수 있겠네요.


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■ 비만 세포(mast cell)

  비만세포(mast cell)조직에 존재하는 세포로, 피부, 결합조직, 점막조직 등 다양한 조직에서 발견됩니다. 이 비만 세포는 호염구(basophil)와 마찬가지로 세포질 내에 histamine 등과 같은 생리활성물질을 가지고 있는 과립을 많이 가지고 있으며, IgE 항체와 결합하는 성질이 있어서 allergy 반응에서 중요한 역할을 합니다. 여기서 눈치 채셨을지 모르겠지만 아직 설명 드리진 않은 IgE라는 면역 글로불린은 알러지 반응에 관여하는 항체라는 것을 알 수 있습니다. 면역 글로불린에 대해서는 나중에 따로 다루겠습니다.


■ 수지상 세포(dendritic cell)

  수지상 세포(dendritic cell)는 신경 세포 처럼 세포질이 세포 본체로부터 뻗어 나온 가지 모양을 하고 있습니다. 이 세포는 존재하는 조직에 따라 다른 형태와 기능을 가지며 피부와 점막 조직에 있는 경우 특별히 Langerhans cell 이라고 부르기도 합니다.
 


  이 세포들은 class II MHC 를 다량 발현하고 세포질에서 뻗어 나온 부분이 많아서 효과적으로 외부에서 침입한 항원을 helper T cell에 제시하는 기능을 합니다. 항원이 제시되면 Effector T cell 이 활성화 되어 면역 반응이 일어나는 것이죠.




 

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  과립구(granulocytes)는 우리가 보통 백혈구(leukocyte, WBC)라고 부르는 세포로 주로 혈액에 존재하며 세포질에 과립성 입자를 많이 가지고 있는 세포들입니다. 다른 면역 세포들 처럼 골수의 전구세포로 부터 분화 성숙되어 만들어 집니다. 그리고 이 세포들은 주로 염증반응에서 항원이 있는 곳으로 유인되어 항원을 제거하는 염증반응의 작용세포(inflammatory cells) 입니다. 미생물이나 죽은 세포를 제거합니다.
  

 


  염색약에 염색되는 성질에 따라 호중구(neutrophil), 호산구(eosinophil), 호염구(basophil)의 세가지로 나뉘며 이중에 호중구는 형태가 일정하지 않은 여러 개의 자루모양(multilobed)의 핵을 가지고 있어서 다형핵 백혈구(polymorphonuclear(PMN) leukocyte) 라고 불리기도 합니다.

  호중구는 세균 감염시 세균을 식균작용으로 제거하는 대표적인 선천면역 세포이고 호산구는 기생충에 대한 면역에 중요한 역할을 하는 것으로 추정되며, 호염구는 알러지(allergy)반응에서 중요한 기능을 합니다.


각각에 대해서 조금더 자세히 알아볼까요?


■ 호중구 (neutrophil)

  
  호중구는 형태가 일정하기 않은 자루모양의 핵(polymorphonuclear (PMN)) 여러개를 가지고 있습니다. 전체 순환 중인 백혈구의 약 60%를 차지합니다. 세포 내에 중성의 물질로 구성된 과립을 가지고 있어서 이름 지어졌으며, 핵이 여러개로 갈라져 있는 것 처럼 보입니다. 
  염증 반응에서 염증 부위로 유인되어 선천 면역에 주요한 식균세포로 염증 반응에 관여합니다. 그리고 항체에 의한 opsonization 기능을 보입니다.
  호중구의 과립에는 과산화효소(peroxydase), 방어단백질(defensin), lysozyme 같이 세균을 파괴할 수 있는 물질이 들어있어서 세포 밖으로 분비되어 감염원을 파괴하거나 염증 반응의 진행에 관여합니다.
  표면에는 CD16, CD32와 같은 IgG 항체에 대한 Fc receptor를 가지고 있으며 특정 보체 단백질에 대한 수용체를 가지고 있어서 쉽게 이들이 결합된 항원을 인식하여 제거할 수 있습니다(opsonization).
  그리고 세포 접합 단백질(CD11a, CD18 , selectin 등)의 발현하는데 이것은 염증반응에서 호중구가 이동하는데 중요한 역할을 합니다.

 

 

 

 



■ 호산구 (eosinphil)


  호산구는 eosin 같은 산성 염색약에 염색이 잘 되는 염기성 과립을 가지고 있는 백혈구 입니다. 주로 기생충에 대한 면역 반응이나 알러지 반응에서 중요한 역할을 합니다. 두 개의 주머니로 된 핵(bi-lobed nucleus)을 가지고 있습니다.
  과립에는 주요 염기성 단백질(major basic protein), 호산구 양성 단백질(eosinophilic cationic protein), 과산화효소 등의 효소와 perforin 같은 세포벽을 뚫는 단백질들이 있습니다.
  세포 표면에는 C3b(보체) 의 수용체가 있어서 그 수용체를 통해 활성화 되면 강력한 반응의 산소 화합물(reactive oxygen metabolites)을 만들어내서 기생충을 죽입니다(C3b에 둘러싸인 기생충 파괴). 또 IgG나 IgE의 수용체도 있어서 이들에 의하여 작용을 조절 받기도 합니다.



■ 호염구 (basophil)
  

  Romanowsky 염색약에 보라색으로 염색되는 산성 과립을 가지고 있고 주머니 모양의 핵이 있습니다. 표면에는 높은 친화력의 IgE 수용체를 가지고 있어 IgE 항체와 결합된 항원에 의해 활성화 되어 histamine과 같은 여러 물질을 분비해서 급성 과민 반응(immediate type hypersensitivity, 알러지(allergy))에 중요한 역할을 합니다.
  과립에는 과산화효소, heprin, histamine 등이 들어 있어서 비만세포(mast cell) 처럼 앞서 말한 것과 같은 알러지 반응을 유도합니다. 








- 호산구와 호염구는 과립의 산도와 이름의 반대인 특징이 있네요.



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  단핵 식균 세포(monobuclear phagocytes)들은 면역계를 구성하는 세포들 중에서 두 번째로 주요한 집단으로 다른 혈구들과 마찬가지로 골수의 전구세포로부터 분화및 성숙되어 만들어지며 식균작용(phagocytosis)을 통해 선천 면역에서 세포매개성 면역반응을 합니다. 그리고 적응 면역에서는 항원을 잡아서 T cell에 제시하는 항원 제시 세포의 역할도 하고 있습니다.

  이 단핵 식균 세포가 혈액에 있는 경우에 단구(monocyte)라고 하고 조직에 존재하는 경우에는 대식세포(macrophage)라고 부릅니다. 또 이 세포들은 림프절, 비장, 간 등의 림프 조직의 망상내피계(reticuloendothelial system)를 구성하기 때문에 격자세포(reticular cell)이라고 부르기도 합니다. 이런 망상의 구조를 하고 있는 것은 아마 항원을 효과적으로 걸러내기 위함일 것이라고 생각하고 있습니다.

  그리고 그들이 위치하는 조직에 따라 중추신경계의 경우 micoroglial cell, 간은 Kupffer's cell 등의 이름으로 불리기도 합니다. 이런 대식 세포 계통의 세포에는 dust cells, histiocytes, Kupffer's cell, microglia, epitheliod cells, osteoclasts, sinusoidal lining cells, mesangial cells 등이 있습니다.


    단구는 조직으로 이동하여 tissue macrophage가 되며, 감염 부위나 염증 부위로 유인되기고 합니다. 대식세포는 세포 내 이동(endocytosis)이 활발하여 세포 안에 많은 주머니(vesicel)를 가지고 있고 여기에는 여러 가지 효소, 효소 억제 물질, 혈장 단백질. 염증 반응 매개 물질, 독성이 있는 산소나 질소 중간체 등이 들어 있습니다.
  
  아래에는 설명을 하려다보니 소제목과 관계 없이 겹치는 내용이 좀 있습니다. 이것은 세포의 구조나 행동, 특성이 서로서로 맞물려 있기 때문인것 같습니다. 아무튼 한번 알아보도록 하겠습니다!!

■ 대식세포(macrophage)의 성숙


  위에서 설명한 바와 같이 혈구 줄기 세포가 골수에서 분화 성숙되어 형성되며 말초 혈액에는 단구(monocytes) 조직에는 대식세포(macrophages)로 존재합니다.
  대식 세포는 국소적인 자극에 반응여 표현형이 바뀌거나 새로운 기능을 얻을 수 있는데 이런 자극을 대식세포의 활성이라고 합니다. 특별한 자극이 없으면 대식세포는 조직 내에서 조용히 존재하는데 이 상태를 '휴지기 대식세포'(resident macrophage))라고 합니다.
  만약 대식 세포가 어떤 염증 반응에 의해 활성화 되면 '염증 반응 대식세포(inflammatory macrophage)'가 되며 이 것들은 여러가지 지질 매개 물질이나 보체 단백질, cytokine 등을 만들어서 염증 반응에 관여합니다. 이 때 그 결과로 조직이 손상되기도 합니다.
  그리고 T cell 에서 만들어 낸 IFN-γ 나 IL-4 등에 의해 활성화 되며 활성화 된 세포를 activated macrophage 라고 부릅니다. 이 것들은 미생물이나 암세포들을 효과적으로 파괴합니다.
  또 대식 세포는 섬유아세포와 혈관 내피 세포의 성장 인자를 생산하여 손상된 조직의 치유에 관여하기도 합니다.


■ 선천 면역 반응에서 대식세포(macrophage)의 기능

  미생물, 항원, 죽은 조직, 적혈구 등을 식균작용(phagocytosis)으로 파괴합니다.
  단백질 분해 효소나 지질 대사물질, cytokine 등을 생산하여 염증 반응의 진행과 유지에 중요한 역할을 합니다.
  그리고 염증반응을 통해 손상도니 조직을 재생하기 위한 물질도 분비하는데, 섬유아세포 성장 인자와 혈관 내피 세포의 성장 인자를 생산합니다.



■ 적응 면역 반응에서 대식세포(macrophage)의 기능

  식균작용을 통해 항원의 일부를 T cell 에 보여주는 항원 제시 세포(antigen presentation cell)의 역할을 합니다. 이 과정을 조금더 설명하자면 식균작용으로 분해된 항원에서 유래한 작은 peptide(antigen processing)를 대식세포 자신의 세포 표면의 주조직적합체(MHC)에 결합시켜 세포 표면에 발현하여 T cell에 제시하는 것입니다.


  선천 면역에서와 마찬가지로 cytokine 분비를 통해 T cell의 활성을 촉진하는 역할도 합니다.
  그리고 activated macrophage는 지연성과민반응(알러지, 접촉성 피부염 같은)에서 항원을 제거하는 기능을 합니다.
  또 항체나 보체 등의 단백질에 의해 식균작욕증진(opsonization) 이 일어납니다.



■ 식작용 과정

  항원 입자가 대식세포의 표면에 결합된 다음 대식세포의 세포막에 둘러싸이게 됩니다. 대식세포의 막이 항원을 완전히 둘러싸게 되면 항원은 pahgosome 이라는 주머니 상태로 대식세포 안으로 들어가게 되고, 이 주머니가 대식새포 내의 lysosome 과 융합되어 phagolysosome을 형성하게 되며, lysosome의 여러가지 산성가수분해효소나 활성화 산소계 물질(oxygen radical)의 작용에 의해 항원이 분해됩니다.
  이때 항원은 항체와 비특이적으로 결합하기도 하지만 특이적으로 대식세포에 있는 Fc receptor 라는 수용체는 IgG급 의 항체와 결합된 항원을 인식하고,  C3 receptor라는 수용체는 보체와 결합된 항원을 인식하게 해주어 식균작용이 더 활발하게 되기도합니다. 이렇게 식균 작용이 활발해지는 것을 opsonization이라고 하는 것입니다.

 


 

 

 

 



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  림프구(lymphocytes)는 면역계 구성하는 주요한 세포로 T cellB cellNK cell 이 있습니다.

  항원의 침입을 인식하여 (antigen recognition) 활성화되어 항원을 제거하는 작용(effector cells)을 하며 이 때 림프구는 특정 항원과 특이적으로 반응(antigen specific) 합니다.
  특이적 반응은 세포 표면의 항원 수용체(cell surface antigen receptor)에 의해 결정 됩니다.

림프구는 골수에서 혈구줄기세포가 분화되어 만들어집니다.
림프구의 분화와 기능으로 나눠서 알아보겠습니다.


■ 림프구의 분화
  
  골수에서 아직 성숙되지 못해 항원을 인식할 수 없는 림프구를 navie, resting 또는 virgin lymphocytes라고 부르기도 하며 일반적으로 small lymphocytes 라고 부릅니다. 이 미성숙한 small lymphocytes는 세포질보다 핵이 잘 발달된 약 8~10㎛ 정도의 둥근 세포입니다. 
  small lymphocytes 휴지기 상태로 DNA의 복제나 세포 분열이 일어나지 않는 G0 상태의 세포로 이 것들은 항원을 만나지 못하면 며칠에서 몇 주 내에 죽게 됩니다. 우리 몸에서는 실제로 수 많은 림프구들이 사라지고 또 새로 만들어지기 때문에 그 평형상태를 유지합니다. 구지 또 군대와 비교하자면 훈련소에서 일정 과정을 통과하지 못하는 훈련병은 귀가 조치 되는 것과 비교할 수 있겠네요. 하지만  다음 기수를 통해서 귀가 조치된 수 만큼이 채워 지겠죠.
  림프구가 항원을 인식하면 활성화 되는데 small lymphocytes 에서 변화하여 cell cycle의 G1 단계로 들어가 세포가 성장하고 세포질이 많아지며 전사와 복제가 증가하고 결국 세포 분열을 하게 됩니다. 이런 현상을 아세포전환(blast transformation) 이라고 하며 이렇게 전환된 세포를 림프아세포(lymphoblast)라고 부릅니다.
 


  위 과정을 통해 특정한 항원과 반응하는 림프구의 수가 늘어나게 되고, 이들 중 일부는 작용세포(effector cell)로 일부는 기억세포(memory cell)로 전환되어 적응면역반응의 특성이 나타나게됩니다. 음.. 자신의 특기에 맞는 병과로 분화 되는군요.



■ 림프구의 종류와 기능

  아래 세가지 림프구 모두 골수의 전구세포가 분화 성숙되어 만들어진 세포입니다.

◆B 림프구 (B cell, B lymphocytes)
  골수에서 만들어지며
  항체를 생산해서 체액성 면역에 관여합니다.




◆T 림프구 (T cell, T lymphocytes)
  골수의 전구세포가 흉선(thymus)에서 성숙되어 만들어 집니다.
  면역 반응을 조절 (조력 T 림프구 : helper T lymphocytes, 조절 T 림프구 : regulatory T lymphocytes)
  하기 때문에 면역 반응에서 중요한 세포이며
  직접 세포를 파괴하는 작용(세포독성 T 림프구 : cytotoxic T lymphocytes : CTL)
  을 나타내기 나타내기 때문에 세포 매개성 면역 반응에서 중요합니다.

◆자연 살해 세포 (NK cell : natural killer cell)
  골수에서 만들어지며
  선천 면역 반응에서 암세포나 바이러스에 감연된 세포를 죽이는 기능을 합니다.
  (CTL과 유사합니다.)
  세포 안에 과립성 구조물이 있어서 큰과립성림프구(large granular lymphocyte)라고도 불립니다.



T 림프구나 NK cell이 근접전을 한다면 B림프구는 항체를 통해 원거리에서 적을 제압한다고 볼 수도 있을까요??

  림프구들은 서로 모양이 비슷하기 때문에 현미경으로는 구별이 힘듭니다. 마치 아래 군인들 처럼 말이죠 다들 같은 옷을 입고 있네요. 이들 각각을 확인 하는 방법은 소속과 이름을 묻거나 군번을 물어보는 것이겠죠? 그래서 림프구의 세포 표면에 있는 막 단백질에 대한 항체를 이용하여 막 단백질의 종류를 조사하는 방법으로 각각을 구분합니다.



  면역세포들이 세포 표면에 가지고 있는 표면의 분자 구조인 표현형 marker를 일반적으로 CD(cluster of differentiation : 분화집단)이라고 부릅니다. 
  군대에서 부대 마크로 각각 부대를 구분하듯이 CD분자들 중에는 세포의 집단마다 공통적으로 나타나는 것이 있어 세포 집단을 구분하는데 이용됩니다. 그 예로 CD3라는 분자는 T림프구에 공통적으로 있기 때문에 이를 이용하여 T림프구를 구분합니다. 즉, 같은 계열의 세포들이 같은 종류의 CD분자를 가지므로 세포의 계통을 확인하는데 유용한 것입니다.
  한편 부대 마크는 같지만 중대가 다른 경우도 있겠죠? 혹은 병과가 다르거나?  같은 세포 집단이라 하더라도 나타나는 CD분자의 종류는 세포의 분화 단계나 활성화 단계에 따라 다를 수 있어서 적절한 CD분자를 이용하면 세포의 분화 및 성숙 단계를 구분할 수 있습니다 그 예로 CD4와 CD8을 이용하면 T 림프구를 두가지 그룹(helper T cell, CTL)으로 구분할 수 있습니다.
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면역계(Immune System)는 면역 기능에 관여하는 세포나 조직이 모여서 이루어진 하나의 체계를 말합니다.
이런 면역계는 림프구(lymphocyte)보조세포(accessory cells) 그리고 이들이 모여 만들어진 림프조직(lymphoid tissues)들로 이루어져 있습니다.

면역 세포들은 림프와 혈액을 통해 순환하기 때문에 중추 신경계를 제외한 우리 몸의 거의 모든 조직에서 발견됩니다. 특히 림프조직에 집중적으로 분포하며 이 림프 조직은 면역 세포들 간의 상호작용이 유기적으로 일어날 수 있는 구조로 이루어져 있습니다. 항원이 침입하면 림프 조직에서 림프구가 항원을 인식하여 그 항원을 제거할 수 있는 림프구가 활성화되도록 합니다. 림프구의 활성화는 항원 침입에 의해 림프구가 증식하여 수가 늘고 분화하여 특정 항원 제거에 필요한 기능을 얻게되는 과정으로 나타나며 이를 통해 효과적으로 항원을 제거하게 됩니다. 그리고 면역 세포들은 계속해서 새로 만들어지고 죽어나가는 과정을 거쳐서 항상 건강한 면역세포를 만들어낼 수 있도록 합니다. 지금까지 설명한 특성들에 의해 적은 수의 림프구를 가지고도 효과적인 면역 반응이 가능해집니다.

각각의 림프구와 보조세포들 그리고 림프조직에 대해 알아보기 전에 혈구 생성 과정에 대해 알아보겠습니다.


■ 혈구 생성 과정 (hematopoiesis)

  백혈구를 포함한 모든 혈구(blood cells)는 hematopoeitic stem cell (HSC) 이라는 전구 세포로부터 만들어지며 이 과정을 혈구 생성 과정이라고 합니다. 혈구 전구 세포는 골수에 위치하고 있어 bone marrow hematopoeitic stem cell 이라 불리며 살아있는 동안 다른 혈구로 전환되며 계속 재생산(self renewal)됩니다. 또 골수의 전구 세포가 다양한 혈구 세포로 전환된다는 의미에서 pluripotent stem cell 이라고도 부릅니다.

  혈구 생성은 임신 초기의 태아에서는  배아의 난황에서 일어나고 3개월 후의 태아는 간에서 이루어 지다가 비장에서 나타납니다. 임신 말기의 태아부터 골수에서 골수전구세포가 평생 혈구를 생산하게 됩니다.

  골수의 전구 세포는 전체 골수 세포의 0.01% 이하 정도로 적은 수이며 이들 중 일부가 혈구 생성과정에 필요한 것으로 알려져 있습니다. 실제 골수 이식에서 전구 세포의 0.015%만 있어도 원래의 혈구생성 체계를 다시 충진할 수 있는 정도로 골수 전구 세포의 재생 능력이 좋으며 이를 이용해서 골수 이식을 가능한 것입니다.

  일단 혈구 생성 과정에 들어간 전구 세포는 progeniotor cell로 분화되어 다시는 전구세포로 돌아가지 못하게 되며 스스로 재생되지 못합니다. progenitor cell에는 lymphoid progenitor cellmyeloid progenitor cell이 있으며, lymphoid progenitor cell은 다시 B cell, T cell, NK cell (Natural Killer cell)로 분화하고 myeloid progenitor cell은 적혈구(RBC), 과립구, 대식세포, mast cell, megakaryocytes 등의 세포로 분화합니다.



  골수 전구 세포는 그물 모양으로 배열된 stromal cell 이라는 기질 세포의 작용으로 증식하고 분화하는데 이 stromal cell이 혈구의 증식과 분화에 필요한 세포 상호 작용을 제공함과 함께 증식 중인 혈구들을 위한 cytokine과 같은 성장 인자를 제공합니다.


  이와 같이 분화 성숙된 혈구들은 말초 혈액에서 일정기간 활동하다가 더 이상 쓸모가 없어지면 죽어 없어지고 계속해서 골수의 전구 세포로부터 다시 만들어 집니다. 다시 말하면 말초 혈액에서 항원에 의해 활성화 되어 면역 반응을 유도한 결과로 항원을 없애게 되면 그 항원을 없애는 면역 세포들도 없어진다는 것입니다. 비유하자면 전쟁 중에 적국의 비행기를 모두 격추시킨다면 대공포대를 유지할 이유가 없어져 버리는 것과 비슷하다고 생각하시면 쉬울 것 같네요.

  이렇게 필요 없어진 새포들은 세포 자살(apoptosis)을 통해 사라지게 되는데 이 과정을 계획된 세포의 죽음(programmed cell death) 이라고 표현합니다. 이런 세포 자살은 혈액의 혈구 수를 일정하게 유지하는 데에도 중요하지만, 필요 없는 면역 반응을 사라지게 하는 의미도 있습니다.
  apoptosis가 일어나는 모습을 보면 세포가 안으로 수축하면서 외부와의 단절을 유지한 상태로 죽는 것을 볼 수 있는데요. 이것은 종양 세포 등을 죽여야하는 것에 대해 생각하면 이해가 되실 것 같습니다. 잘못된 물질이나 정보가(항원으로 작용할  수 있는 것들??) 외부로 나가는 걸 막기 위해서라는 설명을 들을 적이 있는 것 같군요.


  혈구가 죽어 없어지는 것과 새로 만들어지는 것은 균형을 이루고 있으며 이로 인해 건강한 사람은 혈액 중에 일정한 수의 혈구를 가지고 있는 것입니다.
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의공학에서 무시할 수 없는 분야 중 하나인 면역학(Immunology)에 대해서 공부한 내용을 포스팅합니다.
면역에 대해 공부하면서 생명의 탄생도 기적이지만, 생명의 유지도 정말 기적 같다는 생각이 들었습니다. 그리고 우리 사회에 일어나는 많은 일들을 면역으로 비유할 수도 있겠다는 생각도 했습니다.
또 면역에 대한 몇가지 잘 못된 상식을 바르게 이해할 수 있는 기회가 되었습니다.
오늘은 간단히 면역에 대해 이야기 하겠습니다.

먼저 면역이 어떤 기능을 하는지 알아보겠습니다.

■ 질병으로부터 숙주를 보호(특히 감염성)

   세균이나 바이러스 같은 미생물의 감염으로부터 우리를 보호합니다.



■ 외부의 물질과 반응, 외부 물질 제거.

   화학 물질(꽃가루 등등)이나 이식된 세포나 조직 등과 반응 합니다.


■ 신체 내부의 문제 해결

   우리 몸의 죽은 세포를 제거하고, 종양 세포도 제거합니다.

위에 열거한 것들이 면역의 기본적인 기능이 되겠습니다. 우리가 잘 알고 있듯이 외부의 미생물의 침입을 막는 것에서부터 우리 몸속의 문제를 해결하는 것 까지 면역의 기능은 다양합니다. 외부의 물질에 대한 반응이 군대의 역할이라면, 내부의 문제를 해결하는 반응은 경찰의 역할 정도로 이해하면 쉽습니다.



(그림의 시위장면과 사격장면은 면역 반응에 대한 이해를 돕기위한 이외의 목적은 없습니다. 특정 정치가의 이름이 보여서요 ㅎㅎ;)
그럼 이런 면역 반을을 일으키는 원인 물질(항원)에는 어떤 것들이 있을까요?

■ 항원(Antigen)

   - 항체(Antibody)와 반응하는 모든 물질(항체는 면역반응의 결과물입니다.)
 


   - 면역세포와 반응하는 모든 물질


   - 외부물질의 대부분

   - 자신의 물질 (자가항원)


우리를 구성하는 요소를 제외한 거의 모든 물질이 항원이 될 수 있습니다 심지어는 우리 몸을 구성하는 물질 조차도 항원으로 작용하기도 합니다. 그리고 우리 몸을 지키기 위한 면역 반응이 때때로 우리의 건강에 불리하게 나타나기도 합니다.


■ 자신에게 불리하게 나타나는 면역반응

   - 염증반응(Inflammation)
     면역 반응이 일어나는 분위에 면역 물질들이 많이 모이면서 부어오르고 열이 나며 통증을 느끼는 등의 증상이 나타납니다.



   - 과민반응(Hypersensitivity)
     외부 물질에 대해 과민 반응하여 재채기 같은 반응이 일어납니다. 또 다른 예로는 아낙필락시 쇼크 등이 있습니다.


   - 자가면역질환(Autoimmune disease)
     자기 자신의 세포나 물질에 반응하여 나타나는 질환으로 대표적으로 루푸스가 있습니다.


   - 이식 거부(transplantation rejection)
     이식된 조직에 대한 거부 반응으로 그 조직이 괴사 합니다.


우리 몸을 지키기 위한 면역 반응이 심각하게 일어나는 경우 우리 몸은 마치 도시가 전쟁을 겪은 것처럼 폐허가 되어버립니다. 전신에 염증 반응을 일으키면서 신체의 기능을 할 수 없게 되는 것이죠. 패혈증(sepsis)이 그 예가 될 수 있겠네요.


오늘은 여기까지 입니다. 면역은 우리의 생명을 유지하기 위해 꼭 필요한 것이지만 그 것이 과도하게 반응 했을 때에는 오히려 우리 몸을 상하게 하거나 심하면 생명을 위협할 수도 있다는 것 까지 이해하시면 되겠습니다^^ 면역에 대한 자세한 내용은 차차 채워 가도록 하겠습니다.

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SQL injection, 악성 스크립트 등 서버를 공격하는 몇 가지 방법과 그 공격을 방어하는 프로그램 중 하나인 Web Knight에 대해 듣고 난 후 인간의 면역체계와 정말 유사하다는 생각이 들었다. 인간의 면역 체계는 외부에서 들어오는 물질에 대해 피아를 구분하는 기능이 중요하다.  그래서 면역 세포들은 피아 식별을 위해 유전자 재배열 과정을 거치고 흉선에서 선택되는 과정을 거친다. 그 후 외부의 물질을 만나면 체세포 돌연변이를 통해 그 물질과 결합하는 항체를 만들어 내거나 그 물질을 분해할 수 있는 효소나 세포를 활성화시켜 외부로부터의 침입을 방어한다. Web Knight 같은 프로그램 역시 외부에서 들어오는 패킷에 대해서 필터링 룰을 통해 피아를 식별하여 패킷의 통과와 차단 여부를 결정한다. 그리고 새로운 침입에 대해 면역세포가 체세포 돌연변이를 통해 면역 반응을 하는 것처럼 새로운 패턴의 서버 공격이 포착되면 새로운 필터링 룰을 통해 필터링할 수 있다. 물론 이런 비유가 끼워 맞추기 식의 비유일지도 모르지만 Web Knight가 오픈 소스인 것을 생각하면 같은 종이라도 각 개체가 다른 타입의 면역세포를(정확히 면역세포는 아니지만)가지고 있어서 어떤 개체는 특정 질병에 잘 걸리지만 특정 개체는 잘 걸리지 않는 점을 착안하여 개개인이 또는 단체가 가지고 있는 소스를 잘 통합 한다면 좀더 나은 필터링 룰을 제공할 수 있지 않을까 하는 생각이 든다. 물론 이것은 참여하는 모든 사람이 양심적인 경우 이지만 말이다.


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