[기초 과학] 면역학(Immunology) - 면역 시스템의 중요 내용 요약 정리 [T cell, B cell, MHC, 항체, 항원 ]

<Properties of Immunity>

 

immunity 의 general한 특징

(1)     specificity (2) versatility (3) memory (4) tolerance

 

Specificity

Specific antigen 에 의해 specific defense 가 activated 된다.

 

Specificity-> appropriate lymphocytes 의 activation 과 targeted effects 를 지니는 antibodies 를 productions 함으로써 발생한다.

(좀 더 덧붙이자면 T cell 과 B cell 이 antigen 의 molecular structure 에 반응하기 때문에 생기는 거다.)

 

T cell 과 B cell-> 각 기 one specific antigen 에 binding 가능한 receptor 를 지닌다.

 

<나머지 부분은 PPT 에 없어서 생략>

 

<An Introduction to the immune response>
Figure 22-15 가 전체적인 immune response 의 overview 를 제공해 준다.

 

<T cells and Cell-Mediated Immunity>
* T cell 은 immune response 를 initiation 하고 maintenance 하고 control 하는 데 주된 역할을 한다.

 

(3종류의 T cell 이 존재함을 기억하자)

(1)   cytotoxic T cell  (2) Helper T cells (3) Suppressor T cells

 

immune response 가 시작되기 전에 , T cell 이 antigen 에 노출됨으로써 activated 되어야 한다.

 

Antigen Presentation

 

T cell 을 activating 할 수 있는 Antigen-glycoprotein combination 이 cell membrane 에 나타날 때 발생한다. 이 glycoprotein 의 구조는 유전적으로 결정되어진다. 이것의 합성을 조절하는 genes 은 chromosome 6 의 한 부분에 존재한다. 이 부분을 major histocompatibility complex(MHC) 라고 부른다.

이 membrane glycoproteins 은 MHC protein 또는 human leukocyte antigens(HLAs) 라고 부른다.

 

MHC protein 의 두 종류

(1) Class I MHC protein

-> 계속적으로 합성된다. 그리고 Glogi apparatus 에서 만들어지는 cell membranes 으로 전달된다.

-> all nucleated cells 의 membrane 내에 존재한다.

->cytoplasm 주변에 있는 small peptides 를 잡아서 , cell surface 로 운반시킨다.

->cytoplasm 이 abnormal(nonself) peptides 나 viral protein 을 지니고 있으면 (Figure 22-16a) , T cell 이 activated 될 것이고 , 궁극적으로 이 activation 이 abnormal cell 을 파괴시킬 것이다. (장기를 이식했을 때 , 환자에게 거부반응이 일어나는 주된 이유가 이거다. 즉 , preliminary cross-match testing 을 거쳤음에도 불구하고 , 수여자가 지닌 T cell 이 이식된 장기를 외부 물질로 인식해 버린다.)

 

(2)   Class II MHC protein

è  antigen-presenting cell 과 lymphocytes 의 membrane 내에만 오직 존재한다.

è  Antigen-presenting cells(APCs) 는 foreign cells 에 대항하는 T cell defense 를 activating 시키는 specialized cell 이다.

è  APCs 는 pathogens 이나 foreign cells (bacteria 포함)을 break down 시키고 , engulf 한다. -> antigen processing 이라 부르는 기작이다.

è  Antigen processing 은 antigenic fragments 를 만들어 낸다. 그리고 나서 Class II MHC proteins 에 bound 된다.

è  Class II MHC protein 은 cell 이 antigen 을 processing 할 때만 cell membrane 에서 발견된다. Processed antigen 을 지니는 APC membrane 이 노출되면 appropriate T cell 이 stimulate 될 수 있다.

è  Langerhans cell 과 dendritic cells 은 phagocytosis 가 아닌 pinocytosis 를 통해 그들의 주변 환경으로부터 antigenic materials 을 제거시킨다. 그러나 이들의 cell membrane 은 여전히 Class II MHC protein 에 bound 된 antigen 을 present(드러) 낸다.

 

<Antigen Recognition>

l  inactive T cells 은 Class I 이나 Class II MHC protein 을 인지하는 receptors 를 지닌다. 그리고 이 receptors 들은 또한 specific bound antigen 의 존재를 감지할 수 있는 binding site 를 지닌다.

l  그래서 MHC protein 이 T cell 이 detect 할 수  있는 antigen 을 지니고 있다면 binding 이 일어날 것이다. -> 이게 바로 antigen recognition 이다.

l  CD markers(cluster of differentiation)

 

 

 

<정의>

T cell 이 Class I protein 에 붙어 있는 antigen 에 반응할지 , Class II protein 에 붙어 있는 antigen 에 반응할지는 , T cell membrane structure 에 따라 달라진다.

관련된 membrane protein 은 CD markers 라 불리는 a larger class of proteins 의 members 이다.

è  Lymphocytes , macrophages , and other , related cells 이 이 CD markers 를 지닌다.

è  70가지 종류의 CD markers 가 발견됨

è  모든 T cell 은 자신들의 membrane 에 CD3 receptor complex 를 지닌다.

è  CD3 이외에 중요한 두 가지 CD marker 가 있다.(CD8 , CD4)

 

1.   CD8 markers-> cytotoxic T cell 과 suppressor T cells 상에서 발견된다. T cell 과 합쳐서 CD8 T cell 또는 CD8+T cell 이라고 부르기도 한다. CD8 T cell 은 Class I MHC proteins 에 의해 present 된 antigen 과 반응한다.

2.   CD4 markers-> helper T cell 상에서 발견된다. 그리고 이것은 CD4 T cell 또는 CD4+T cell 로 불린다. 이 CD4 T cell 은 Class II MHC protein 에 의해 present 된 antigens 과 반응한다.

 

Costimulation

: CD8 makers 또는 CD4 makers 는 CD3 receptor complex 에 bound 되어져 있다. 그리고 이것은 궁극적으로 T cell 을 activate 시킨다. 그러나 이와 같은 activation 은 대개 antigen 과의 첫번째 만남으로는 일어나지 않는다. 그래서 antigen recognition 은 activation 이 일어나기 전에 간단히 activation 을 위해 cell 을 준비시키는 과정을 밟는데 , T cell 은 second site 에서 stimulating cell 을 binding 해야 한다. 이 중대한 secondary binding process 를 costimulation 이라고 부른다.

è  이 costimulation proteins은 구조적으로 cytokines 과 관련되어 있다.

 

<Activation of CD8 T cells>

두 개의 서로 다른 종류의 CD8 T cells 이 Class I MHC proteins 에 bound 된 antigens 에 exposure 됨으로써 activated 된다. 한 종류의 CD8 T cell 은 빠르게 반응하여서 많은 수의 cytotoxic T cell 과 memory T cells 을 만들어 낸다. (Figure 22-17)

또 다른 종류의 CD8 T cell 은 더욱 천천히 반응하여 , 상대적으로 적은 수의 suppressor T cells 을 만들어 낸다.

 

 

 

Cytotoxic T cells

è  Tc cells 또는 killer T cell 이라고 부른다.

è  Abnormal cells 과 infected cells 을 찾아서 파괴시킨다.

è  이 녀석은 highly mobile cells 이다.

<기능>

(1)   perforin 을 방출하여서 antigen 의 cell membrane 을 파괴시킨다.

(2)   Poisonous lymphotoxin 을 방출하여서 target cell 을 죽인다.

(3)   Cell 이 죽게 만드는 target cell 의 nucleus 내의 genes 을 activate 시킨다.(apoptosis 라 부른다.)

 

Memory Tc cells

è  cytotoxic T cell 을 만들어 내는 same cell division 에 의해 만들어진다.

è  첫번째 antigen 이 들어왔을 때는 많이 만들어 지지 않다가 same antigen 이 두 번째로 들어오면 이들은 immediately 하게 cytotoxic T cell 로 differentiate 한다.

 

Suppressor T cells:

è  Ts cell 이라고 부름

è  Suppression factors(unknown structure 의 inhibitory cytokines) 를 분비하여서 other T cell 과 B cell 을 억제시킨다.

è  이것은 immediately 하게 일어나지 않는다. 왜냐하면 suppressor T cell activation 은 다른 종류의 T cell 의 activation 보다 더욱 오래 걸리기 때문이다.

 

<Activation of CD4 T cells>

activation 이 일어난 상태에서 CD4 T cell 은 active helper T cells 과 memory T_H cells 을 만들어 내는 일련의 division 을 겪는다. Memory helper T cell(T_H cells) 은 그냥 보존되어 있지만, helper T cell 은 다양한 cytokine 을 분비한다.

 

 

<activated helper T cells 이 분비하는 cytokines 의 역할>

1.     memory T cell 을 만들어 내는 T cell division 을 stimulate 시키고 , cytotoxic T cell 의 maturation 을 가속화시킨다.

2.     macrophages 를 infected area 로 끌어들임으로써 nonspecific defense 를 강화시킨다.

3.     NK cells 의 activity 를 stimulate 하고 attract 한다. (이 NK cell 은 abnormal cell 과 pathogens 의 destruction 을 위한 another mechanism 을 제공해 준다.)

4.     B cell 의 activation 을 촉진시킨다. (그래서 B cell 이 division 하게 만들고 , plasma cell maturation 이 일어나게 하여 결국 antibody 가 만들어지게 해줌)

 

Graft Rejection and Immunosuppression (ppt 에 없음)

장기 이식 수술이 시행된 후에 주된 문제로 부각되는 게 바로 graft rejection 이다.

이 graft rejection 에서 , T cell 은 donated tissue 에 존재하는 cell membrane 상의 MHC protein 과 접촉함으로써 activated 된다. 이 cytotoxic T cell 은 develop 하여서 foreign cell 을 공격하여 파괴시켜 버린다.

 

 

<B cells and Antibody-Mediated Immunity>

<B cell sensitization and Activation>

è  각 각의 B cell 은 자신만의 특별한 antibody molecules 을 자신의 cell membrane 내에서 운반한다. 만약 interstitial fluid 에 자신에게 맞는 antigens 이 나타난다면 , 이들은 이러한 superficial antibody 와 interact 할 것이다. (이러한 binding 이 일어날 때 , B cell 은 activation 을 시작하려고 준비하는 단계에 처한다. 이러한 preparatory process 를 sensitization 이라고 부른다.

è  B cell membrane 은 Class II MHC proteins 을 지닌다. Sensitization 과정 동안에 , antigens 들은 endocytosis 에 의해 cell 로 오게 된다.

è  이 antigens 들은 B cell 의 surface 상에 드러난다. (Class II MHC proteins 에 bound 된 채…)-> 이런 상태가 되었을 때 , sensitized B cell 은 “standby” 상태라고 보면 된다. 그러나 일반적으로 이 녀석은 helper T cell 로부터 “OK” 신호를 받기 전까지는 activation 되지 않을 것이다.

è  결국 Helper T cell 이 activation process 를 도와줘야 한다는 결론을 내릴 수 있다. -> T cell 은 MHC complex 를 binding 한다. 그리고 B cell activation 을 일으키는 cytokines 을 분비하기 시작한다.

è  Memory B cells : memory T cells 이 cell mediated immunity 에서 수행하는 것과 같은 역할을 antibody mediated immunity 에서 수행한다.(첫 번째 antigen 난입에는 반응하지 않다가 , 두 번째로 same antigen 이 들어 오면 , plasma cell 로 dividing 하고 , differentiating 한다……그 뒤에 plasma cell 은 많은 량의 antibody 를 분비할 것이고….)

 

<Antibody Structure1>
하나의 antibody molecules 은 two parallel pairs of polypeptide chains 으로 이루어져 있다. (1) one pair of heavy chain (2) one pair of light chain (Figure 22-21)

è  각 chain 은 constant segment 와 variable segments 를 지닌다.

è  B cell 은 5가지 종류의 constant segments 를 만들어 낸다.

(1) IgG (2) IgE (3)IgD (4) IgM (5) IgA

 

è  antibody molecule 의 specificity 는 light chains 과 heavy chain 의 variable regions 의 structure 에 따라 달라진다.

(two variable segments 의 free tips 이 antibody molecule 의 antigen binding sites 를 형성한다.) (Figure 22-21a)

 

 

 

The Antigen-Antibody Complex

 

Antibody molecules 이 corresponding 하는 antigen molecules 과 binding 할 때 , antigen-antibody complex 가 만들어 진다.

Antigenic determinant sites-> antibody 가 binding 하는 specific portions

(Figure 22-21c)

 

Complete antigen-> 최소 2개의 antigenic determinant sites 를 지니는 antigen .

 

Haptens antigen 과 partial antigen

è  평범하게 B cell activation 을 일으키고 , antibody production 을 일으키지 않는다.

è  Haptens 은 penicillin 과 같은 antibiotics 을 포함하는 several drugs 와 other lipids , steroids , short peptide chains 을 포함한다.

(그러나 haptens 은 carrier molecules 에 attaches 될 것이다. 그리하여 complete antigens 과 같이 행동할 수 있는 combination 을 형성하는 꼴이 될 것이다.)

(몇 몇 경우에는 , 이러한 carriers 가 antigenic determinant sites 로 기능할 것이다. 이리하여 생산된 antibody 는 hapten 과 carrier molecules 을 둘 다 공격할 것이다. 만약 carrier molecules 이 tissues 내에 평범하게 존재한다면 , antibody 는 normal cells 을 attack 하고 destroy 하기 시작할 것이다. 이러한 process 는 penicillin 이 일으키는 allergy 와 같은 several drug reaction 의 basis 라고 보면 된다.

(항생제의 부작용에 대해 곱씹어 보면서 읽기)

 

<이 뒤로는 ppt 에 글이 없고 , 다 그림 뿐입니다…….살짝살짝 정리해 보겠삼….이 쪽은 불안하면 책을 같이 보면서 봐도 될 듯……몇 장 안되고…>

 

 

 

Antigen-antibody complex 이 antigen 을 제거하는 7가지 방식

1.     Neutralization

è  antigen 들과 antibody 들이 얼기 설기 서로 붙어서 extensive “ bridge” 를 이룰 때 , 이와 같은 3차원 구조를 immune complex 라고 부른다.

è  그리고 insoluble immune complex 를 형성하는 것을 precipitation 이라고 부른다.

è  그리고 target antigen 이 cell 이나 virus 의 surface 상에 있을 때 , large complexes 의 형성을 agglutination 이라고 부른다.

2.     Precipitation and Agglutination

3.     Activation of Complement

4.     Attraction of Phagocytes

5.     Opsonization

6.     Stimulation of Inflammation

7.     Prevention of Bacterial and Viral Adhesion

 

<Primary and Secondary Responses to Antigen Exposure>

antigen 에게 처음으로 exposure 되는 걸 primary response 라고 부른다.

이 same antigen 이 다시 나타나면 secondary response 가 일어난다.(더욱 광범위하고 , 더욱 오래 지속되는 반응이다.)

 

The Primary Response

->Antigen 은 appropriate B cell 을 activate 시켜야 한다. 그리고 이 B cell 은 plasma cell 로 differentiate 되어야 한다. 그러므로 primary response 는 develop 하는 데 시간이 좀 걸린다. (Figure 22-22a).

-> primary response 동안 , plasma 내의 antibody activity level(antibody titer) 은 first exposure 로부터 1~2 주가 지날 때까지는 peak 를 보이지 않는다.

 

The Secondary Response

è  same antigen 에게 exposure 될 때 , memory B cell 이 immediately 하게 반응한다. (First exposure 때보다 더욱 빠르게 stimulated 된다.)

è  이 secondary response 동안 , antibody titers 는 매우 빠르게 올라간다. 그리고 primary response 때보다 훨씬 높은 level 에 도달한다. (Figure 22-22b).

è  memory cell 이 20년 이상 살기 때문에 first exposure 로부터 몇 년이 지난 후에도 이 second response 는 일어날 수 있다.

è  Primary response 는 천천히 develop 하고 , antibody 가 많은 양으로 만들어 지지 않기 때문에 , 이것만 가지고는 body 내에 존재하는 pathogen 의 일차 infection 을 막지 못할 것이다. 그러나 , first infection 후에 살아남은 person 은 아마 나중에 이 pathogens 에 대해 내성을 지니게 될 것이다. 왜냐하면 secondary response 는 훨씬 바르고 , pathogens 이 body tissue 내에 살아있을 수 없도록 압도해 버리기 때문이다.

è  이러한 secondary response 의 effectiveness 는 disease 를 막기 위한 use of immunization 의 basic principles 이 된다.

 

<Summary of the Immune Response>

(Figure 22-23 참고)

 

 

<Normal and Abnormal Resistance>

antigen 에 exposure 된 후에 immune response 를 만들어 내는 ability 를 immunological competence 라고 부른다.

Cell-mediated immunity 는 fetal development 의 3달 째 쯤인 매우 초기에 생긴다. 그리고 active antibody-mediated immunity 는 대략 이로부터 1달 후에 생긴다.

 

<The Development of Immunological Competence>

(생략)(관련 그림조차 ppt 에 없다.)

 

<Immune Disorders>

immune response 가 복잡하기 때문에 무언가 문제가 생기는 경우도 상당히 많다.

1.Autoimmune disorders-> immune response 가 inappropriately 하게 normal body cells 과 normal body tissues 를 target 했을 때 , develop 된다.

 

2.Immunodeficiency disease -> immune system 이 normally 하게 develop 하는 데 실패하거나 , immune response 가 몇 가지 방식으로 blocked 된다.

 

(1,2 는 상대적으로 드물게 일어나는 문제들이다.)

(훨씬 흔하며 , 훨씬 덜 위험한 immune disorder 가 바로 allergies 다.)

 

Autoimmune Disorders

Immune system 은 body 에서 normally 하게 발견되는 antigen(self-antigen) 에 대해서는 recognize 는 하지만 대개는 ignore 해 버린다.

그러나 recognition system 이 제대로 작동하지 않으면 , activated B cell 들이 other body cell 이나 other body tissues 에 대항하여 antibody 를 만들어 낸다.

è  이러한 “misguided” antibody 를 autoantibody 라고 부른다.

 

다양한 상태들은 autoantibody 에 의해 공격 받은 specific antigen 에 따라 그 종류가 달라진다. 예를 들어,

 

1.     thyroiditis 의 inflammation 은 thyroglobulin 에 대항하여 autoantibody 를 방출하는 것으로부터 발생하는 것이다.

2.     Rheumatoid arthritis 는 autoantibody 가 joints 주변의 connective tissues 내에서 immune complex 를 형성할 때 발생한다.

3.     Insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM) 은 일반적으로 pancreatic islets 내의 cell 을 공격하는 autoantibody 에 의해 야기된다.

 

*immunodeficiency Disease

->이 병이 생기는 이유

(1) lymphoid organs 과 lymphoid tisseus 의 embryological development 에 문제가 있는 경우.

(2) immune function 을 depress 하는 HIV 와 같은 virus 로 infection 될 때 ,

(3) radiation 이나 drugs 와 같은 immunosuppressive agents 에 exposure 되거나 또는 이런 처방을 받은 경우.

 

Sever combined immunodeficiency disease (SCID) 를 지니고 태어난 사람은 cell-mediated immunity 나 antibody-mediated immunity 가 develop 되지 않는다.

è  이들은 lymphocyte populations 이 낮고 , normal B cell 과 normal T cell 이 없다. 이와 같은 infants 는 immune response 를 만들어 낼 수 없다. 그래서 mild infection 도 이들에게는 치명적일 수가 있다.

 

Immunosuppressive drugs 는 장기 이식 수술 등을 받은 후에 생기는 graft rejection 을 막기 위해 수년간 이용되어져 왔다. 그러나 이것은 stem cell 을 파괴시키고 lymphocyte 도 파괴시킨다. 그리하여 complete immunological failure 를 초래해 버린다. 이러한 outcome 은 radiation exposure 의 potentially fatal consequences 중 하나라고 보면 된다.

 

*Allergies

allergies-> antigen 에 대한 inappropriate or excessive immune response.

 

Cellular activity 나 antibody titer 가 갑자기 증가함으로써 몇 가지 유쾌하지 않은 부작용이 생길 수 있다.

(1)   neutrophils or cytotoxic T cell 이 antigen 을 공격하는 동안 normal cells 을 파괴할지도 모른다.

(2)   Antigen-antibody complex 가 massive inflammatory response 를 일으킬 지도 모른다.

 

Allergic reactions 을 일으키는 antigens 을 종종 allergen 이라고 부른다.   

 

Allergy 의 종류

(1)   immediate hypersensitivity(Type I)

(2)   cytotoxic reaction (Type II)

(3)   immune complex disorders (Type III)

(4)   delayed hypersensitivity (Type IV)

 

(이 중에서 우리는 Type I 만 알아볼 것이다…..책에서 그렇게 써 놨음)

 

Immediate Hypersensitivity

è  antigen 이 존재할 때 rapid 하고 , 특별히 severe response 를 일으키는 것이다.

è  First exposure 동안에 allergen 에 대한 sensitization 은 많은 량의 IgE 가 생산되게 만든다.

è  Specific allergens 에 반응하여서 IgE antibody 를 만들어 내는 경향은 유전적으로 결정지어질 것이다.

è  Sensitization 후에 IgE 는 body 전체에 걸쳐서 basophils 과 mast cell 의 cell membrane 에 붙는다.

è  이 사람이 same allergen 에 계속적으로 노출될 때 , 붙어 있는 antibody 들이 이러한 cell 들이 histamine , heparin , several cytokines , prostaglandins , other chemical 을 surrounding tissues 로 방출하도록 stimulate 시킨다.

è  Affected tissues 에서 sudden , massive inflammation 이 일어날 것이다.

 

Anaphylaxis-> circulating allergen 이 body 전체에 걸쳐 mast cell 들에게 영향을 미친다.

(Figure 22-26).

è  이게 심한 경우에는 extensive peripheral vasodilation 이 일어날 것이고 , blood pressure 는 circulatory collapse 가 초래될 만큼 떨어질 것이다. 이러한 response 는 anaphylactic shock 이다.

 

Immediate hypersensitivity 의 많은 signs 과 symptoms 은 신속하게 antihistamines 을 주입시킴으로써 막을 수 있다. (antihistamines 은 histamine 의 action 을 block 하는 drug 다.)

 

<Stress and the Immune Response>

interleukin-1 secretion 이 일으키는 normal effects 중 한 가지가 바로 pituitary glnad 의anterior lobe 에서 adrenocorticotropic hormone (ACTH) production 이 촉진되게 만드는 것이다.

è  ACTH는 adrenal cortex 에서 glucocorticoids 의 분비를 촉진함.

è  Glucocorticoid 의 anti-inflammatory effects 가 immune respoinse 의 extent 를 조절하는데 도움을 줄 것이다.

è  Glucocorticoid 가 장기간 분비되면 immune response 를 막을 수 있다. 그리고 disease 에 대한 저항성을 낮춰 버릴 것이다.

 

Glucocorticoid 가 미치는 영향

1.   Depression of the Inflammatory response

è  glucocorticoids 가 mast cell 을 막는다. 그리고 capillaries 로의 permeability 를 줄인다.

è  그러므로 Inflammation 은 덜 일어나게 될 것이다.

 

2.   Reduction in the Abundance and Activity of Phagocytes in Peripheral Tissue

è  이 reduction 은 nonspecific defense mechanism 을 더욱 많이 약화시킨다. 그리고 lymphocytes 에 의한 antigen 의 prcessing 과 presentation 을 방해한다.

 

3.   inhibition of interleukin Secretion

è  이 현상은 lymphocytes 의 response 를 depress 시킨다. 심지어 MHC protein 이 bound 된 antigens 이 있다 해도 response 를 잘 안 보일 것이다.

 

*모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔습니다.*