<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.*

The Complement System

The complement system 은 microbes 에 의해 activated 되는 several plasma proteins 으로 구성되어 있다. 그리고 microbes 와 inflammation 의 destruction 을 촉진시킨다.

Complement 에 의한 recognition of microbes 는 세 가지 방식으로 일어난다.(Figure 2-12). The classical pathway (이렇게 불리는 이유는 , 이게 처음 발견되어서 그렇다) 는 microbe or other structure 의 surface 에 붙어 있는 IgM , IgG1 or IgG3 antibodies 를 detect 하기 위해 C1 이라 불리는 plasma protein 을 이용한다. The alternative pathway (classical pathway 보다 나중에 발견된 거지만 , phylogenetically , classical pathway 보다 older 하다) 는 certain microbial surface 의 direct recognition 에 유발된다. 그리고 그래서 이건 innate immunity 의 구성요소다. Lectin pathway 는 mannose-binding lectin(MBL) 이라 불리는 plasma protein 에 의해 유발된다. 그리고 MBL 은 microbial glycoproteins 과 glycolipids 상의 terminal mannose residues 를 recognize 한다. Microbes 에 bound 된 MBL 은 associated serine protease 의 action 에 의해 classical pathway 의 one of the proteins 을 activate 시킨다. (antibody 가 없을 때)

Any of these pathways 에 의한 recognition of microbes 는 sequential recruitment 를 초래한다. 그리고 additional complement proteins 을 protease complex 로 assembly 시킴

Complement system 의 central protein 인 C3 는 cleaved 된다. 그리고 its larger C3b fragment 는 microbial surface (complement 가 activated 되는 곳)상에 deposited 된다. C3b 는 microbes 에 covalently attached 된다. 그리고 microbes 의 phagocytosis 를 촉진하기 위한 opsonin 으로서 기능한다. A smaller fragment 인 C3a 는 released 되고 neutrophils 을 위한 chemoattractant 로서 행동함으로써 inflammation 을 stimulate 한다. C3b 는 other complement protein 을 bind 하는데 , 그 이유는 C5 라 불리는 a protein 을 cleave 하는 a protease 를 형성하기 위해서다. (C5 가 cleaved 되면 , a secreted peptide 인 C5a 와 a larger fragment 인 C5b 로 나뉜다.) 이 secreted peptide 는 microbial cell membrane 에 attached 되어 있다. C5a 는 neutrophils(acute inflammation 의 vascular component 들도?) 을 infection site 에 유입시키는 것을 stimulate 한다.

C5b 는 a complex of the complement proteins인 C6,C7,C8,C9 의 formation 을 initiate 한다. 이 단백질들은 complement 가 activated 되는 곳인 cells 의 lysis 를 초래하는 a membrane pore 내로 assembled 된다. Mammalian cells 은 complement activation 을 block 하는 (그래서 normal host cells 의 injury 를 막는) several regulatory proteins 을 express 한다. (Ch14 에서 complement system 을 더 자세히 배워보자)

Pentraxins

Microbial structures 를 recognize 하rh , innate immunity 에 참여하는 several plasma proteins 은 pentraxin family 에 속한다. 그리고 이 pentraxin family 는 phylogenetically old group of structurally homologous pentameric proteins 이다. Prominent members of this family 는 short pentraxins 인 C-reactive protein (CRP) 와 serum amyloid P (SAP) , long pentraxin 인 PTX3 을 포함한다. CRP 의 plasma concentrations 은 healthy individual 내에서 very low 하다. 그러나 infection 와 other inflammatory stimuli 에 반응하는 중에는 1000-fold 까지 증가할 수 있다. The increased levels of CRP 는 cytokines IL-6 과 IL-1 에 의해 유도된 liver 에 의한 increased synthesis 의 결과다. (이 cytokine 들은 innate immune response 의 일부분으로서인 phagocyte 에 의해 만들어 진다.). liver synthesis 와 plasma levels of several other proteins (ex) SAP , pentraxins 과 관련 없는 others ) 또한 IL-1 과 IL-6 와 반응하여 증가한다. 그리고 groups 으로서 these plasma proteins 은 acute-phase reactants 라 불린다.

Both CRP 와 SAP 는 several different species of bacteria and fungi 를 bind 한다. CRP 와 SAP 에 의해 recognized 되는 molecular ligands 는 CRP 는phosphorylcholine 이고 SAP 는 phosphatidylethanolamine 이다. 그리고 이것들은 bacterial membranes 과 apoptotic cells 상에서 발견되는 phospholipids headgroups 이다. 그러나 이것들은 healthy eukaryotic cells 의 surface 에서는 exposed 되지 않는다. CRP 는 C1q 를 binding 하고 phagocyte C1q receptors 와 interacting 하던지 또는 직접적으로 IgG Fc receptors 와 binding 함으로써  opsonin 으로써 기능한다. CRP 는 또한 C1q 에 붙음으로써 complement activation 에 기여를 하고 , classical pathway 의 activation 에도 기여한다.

PTX3 는 several cell types 에 의해 만들어 지는데 , 여기에는 dendritic cells , endothelial cells , macrophages 가 포함된다. (TLR ligand 와 innate immune system cytokine 인 TNF 에 반응하여…) , 그러나 이 녀석은 acute-phase reactant 가 아닌다. PTX3 는 C1q , apoptotic cells , certain microorganisms 을 포함하는 several ligands 를 binding 한다. Knockout mice 를 가지고 한 실험은 PTX3 가 some microbes (ex) fungus Aspergillus fumigatus)에 대항하여 protection 을 제공함을 보여 준다.

Collectins and Ficolins

The collectins 은 neck region 에 의해 calcium-dependent(C-type) lectin head 에 연결된 collagen-like tail 을 포함하는 a family of proteins 이다. Three members of this family 는 innate immune system 에서 soluble pattern recognition molecules 로서 기능한다. (이것들에는 MBL 과 pulmonary surfactant proteins 인 SP-A , SP-D 가 포함된다.)

Mannose-binding lectin (complement system 부분에서 언급되었던) , 은 opsonin 으로서 기능하는 plasma protein 이다. Macrophage mannose receptor 와 같이 plasma MBL 은 terminal mannose and fucose 를 가지고 carbohydrates 를 binding 한다. (이것은 전형적으로 microbial cell surface glycoproteins and glycolipids 에서 발견된다.). 그래서 MBL 은 microbial 에는 binding 하지만 , mammalian cells 에는 붙지 않는 a soluble pattern recognition receptor 다.

MBL 은 complement system 의 C1q component 와 구조적으로 유사한 hexamer 다.

MBL 은 C1q receptor 라 불리는 a macrophage surface receptor 를 binding 하는데 , 왜냐하면 그것 또한 C1q 를 binding 하기 때문이다. This receptor 는 MBL 에 의해 opsonized 되는 microbes 의 phagocytosis 를 mediate 한다. 게다가 MBL 은 complement system 을 activate 시킬 수 있다. MBL 을 encoding 하는 gene 은 polymorphic 이다. 그리고 certain alleles 은 impaired hexamer 와 연관되어 있다. 그리고 reduced blood levels 과도 연관되어 있다. Low MBL levels 은 a variety of infections 에 대한 increased susceptibility 와 관련되어져 있다. (특히 in combination with other immunodeficiency states)

Surfactant protein-A(SP-A) 와 surfactant-D(SP-D) 는 other surfactants 에 의해 공유되는 lipophilic surfactant properties 를 지닌 collectins 이다. 그리고 이것들은 lungs 의 alveoli 에서 발견된다. 이것들의 주된 기능은 lung 내의 innate immune responses 의 modulators 인 것으로 추정된다. 이것들은 various microorganisms 을 binding 하고 , opsonins 으로서 기능한다. (alveolar macrophages 에 의한 ingestion 을 용이하게 해 줌으로써). SP-A 와 SP-D 는 직접적으로 bacterial growth 를 inhibit 한다. 그리고 또한 macrophage 와 interact 하고 , 이것들을 activate 시킨다. SP-A 와 SP-D-deficient mice 는 a variety of pulmonary infections 에 resist 하는 ability 에 문제가 생긴다.

Ficolins 은 구조적으로 collectins 과 유사한 plasma proteins 이다. (C-type lectin domain 대신 collagen-like domain 을 지님). 이것들은 a fibrinogen-type carbohydrate recognition domain 을 지닌다. Ficolins 은 several species of bacteria 를 binding 하는 것으로 보인다. (이 bacteria 들을 opsonizing 하면서 , 그리고 MBL 이 하는 것과 유사한 방식으로 complement 를 activating 시키면서). Ficolins 의 molecular ligands 는 N-acetylglucosamine 과 lipoteichoid acid component of the cell walls of gram(+) bacteria 를 포함한다.)

Cytokines of the innate immune system

Innate immunity 의 cytokines 은 leukocyte 을 recruit 하고 activate 한다. 그리고 systemic alterations 을 만들어 내는데 여기에는 (effector cell 합성의 증가 , antimicrobial responses 를 potentiate 하는 protein 의 합성 증가 가 포함된다.)

Innate immunity 에서 cytokines 의 principal sources 는 macrophages , neutrophils , NK cells 이다. 그러나 endothelial cells 과 keratinocytes 와 같은 some epithelial cells 은 many of the same proteins 을 만들어 낸다. Adaptive immunity 에서 , cytokines 은 inflammatory cells 들 사이의 information 을 communicate 하는 역할을 하고 , vascular endothelial cells 과 같은 responsive tissue cells 과 inflammatory cells 사이의

information 을 communicate 하는 역할도 한다.

Innate immunity 의 cytokines 은 Ch12 에서 더 많이 서술될 것이다. 이들은 viral infections 을 control 하는 cytokines (즉 IFN-알파 , IFN-베타) 를 포함한다. 그리고 inflammation 을 mediate 하는 cytokines (즉 TNF , IL-1 , chemokines) 도 포함하고 , NK cells 의 activity 와 proliferation 을 stimulate 하는 cytokines (즉 , IL-15,IL-2) , 그리고 macrophage 를 activate 시키는 cytokines (특히 NK cell-derived IFN-감마) , 그리고 cytokines (macrophage activation 을 제한하는 역할을 하는…) (특히 IL-10). 게다가 innate immunity 의 some cytokines (EX) IL-6) 은 bone marrow production of neutrophils and the synthesis of various proteins(host defense 와 관계된)(ex) CRP) 을 증가시킨다.

Role of innate immunity in stimulating adaptive immune responses

The innate immune response 는 antigen-specific T and B lymphocytes 의 proliferation 과 differentiation 을 stimulate 하기 위해 in concert with antigen 로 기능하는 signals 을 만들어 낸다.

The innate immune response 가 initial defense 를 제공할 때 , 그것은 또한 the adaptive immune responses 의 motion 을 set in 한다. Lymphocytes 의 activation 은 two distinct signals 을 요구하는데 , (첫째는 antigen , 둘째는 microbes 와 injured cells 에 대한 innate immune responses 의 components ). (Figure 2-13). 이 두 아이디어는 lymphocyte activation 을 위한 two-signal hypothesis 라 불린다. Antigen 을 위한 requirement (소위 signal1) 는 the ensuing immune response 가 specific 함을 ensure 해 준다. 그리고 microbes or innate immune reaction to microbes 에 의해 유발되는 additional stimuli 를 위한 requirement (소위 signal2) 는 adaptive immune responses 가 dangerous infection 이 있을 때 유도되고 , lymphocytes 가 self antigens 과 같은 harmless antigens 을 recognize 할 때는 유도되지 않는 것을 ensure 해 준다. Innate immune reactions 동안 만들어지는 molecules(lymphocyte activation 을 위한 second signals 로서 기능한)은 costimulators 와 (T cells 을 위해) , cytokines 와(both T and B cells 을 위해) , complement breakdown products (B cells 을 위해) 을 포함한다.

(Ch  9, 10 에서 lymphocyte activation 을 위한 second signals 의 nature 를 더 자세히 알아 보자.)

different microbes 에 대한 innate immune responses 동안 만들어지는 second signals 은 subsequent adaptive immune response 의 magnitude 를 enhance 할 뿐만 아니라 , adaptive response 의 nature 에도 영향을 미친다.

T cell-mediated immunity 의 a major function 은 intracellular microbes 를 kill 하기 위해 macrophages 를 activate 시키는 거다. TLRs 을 engage 하는 infectious agents 는 T cell-mediated immune responses 를 stimulate 하려는 경향을 보인다? 이것은 TLR signaling 이 antigen-presenting cells 이 T cell 의 differentiation 을 T_H1 cells 이라 불리는 effector cells 로 induce 하는 능력을 증강시키기 때문이다. T_H1 cells 은 cytokine IFN-감마 를 만들어 내는데 , 이것은 macrophages 가 phagocytic vesicles 내에서 살아남을지도 모르는 microbes 를 죽이도록 activate 시키는 역할을 한다. T_H1 cells 과 cell-mediated immunity 는 Ch13 에서 자세히 볼 것이다. 이와 대조적으로 blood 로 들어가는 many extracellular microbes 는 alternative complement pathway 를 activate 시킨다. 그리고 이것은 역으로 B lymphocytes 에 의한 antibodies 생산을 증강시킨다. This humoral ummune responses 는 extracellular microbes 를 제거하는 역할을 한다. B cell activation 을 증강시키는 complement 의 역할은 Ch14 에서 다루기로 하자.

Adaptive immune responses 를 stimulating 하는 innate immunity 의 역할은 action of adjuvants 의 기초다. 이 adjuvants 는 maximal T cell-dependent immune responses 를 일으키기 위해 protein antigens 과 함께 투여되어야 하는 substances 다. (Ch6). Adjuvants 는 experimental immunology 에서 유용하다. 그리고 clinical vaccines 에도 유용하다. Experimental use 에서 many adjuvants 는 microbial products 인데 예를 들어 , killed mycobacteria , LPS 등이다. 이건 the site of antigen entry 에서 strong innate immune responses 를 일으키고 , TLRs 을 engage 한다.

*모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔습니다.*

10여년 전에 작성한 논문인데, 항체 관련 공부할 때 참고하시길...

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Monoclonal Antibody에 대한 기대가 높아지고 있다.

그것은 감염성 질병과 같은 여러 질병들에 효과가 있을 것이며, 암과 같은 것들을 치료하는데 있어서도 효과가 있을 것이다. 구체적으로 Monoclonal Antibody는 박테리아나 바이러스와 같은 것들을 격리시킨 후 특별한 pathway를 통해 killer cell이 있는 immune system이 작용할 수 있도록 유도하는 데에도 효과가 있을 것이다.

하지만 이러한 Monoclonal Antibody의 한계는 치료 목적으로 투입하였을 때, 그러한 외부의 Monoclonal Antibody에 대비한 스스로의 Antibody를 형성한다는데 있다. 그것은 병을 더욱 악화시킬 수 있다. 또한 간의 경우에는 Monoclonal Antibody 너무 빨리 흡수해버리는 특성을 가지는 어려움도 있다.  그러한 어려움 때문에 많은 치료적 시도들이 좌절되어 왔다.

이러한 어려움에도 불구하고 많은 사람들의 끊임없는 도전을 통해, 마침내 지금 Monoclonal Antibody를 이용한 약품들이 개발되어 나오고 있으며, 더 많은 수의 Monoclonal Antibody를 이용한 약품들이 FDA의 승인을 받을 것으로 전문가들은 예상하고 있다.

현재 10가지의 Monoclonal Antibody관련 약품이 시장에 나왔으며, 3가지는 FDA의 승인을 기다리고 있는 상태이다. 또한 100가지 이상의 다른 약품들은 임상 실험 단계에 있는 것으로 알려지고 있다.

하지만 FDA는 장기적인 안전을 위해 Monoclonal Antibody 약품들에 대한 추가적인 자료를 요구하고 있다. 그들은 아마도 Monoclonal Antibody의 부작용에 대해 일부 우려하고 있는 것으로 보이며, 특히 장기적으로 질병을 가진 환자들에 대해 더욱 그러하다.

그럼에도 불구하고 Monoclonal Antibody는 다른 약품들에 개발하기 쉽고, 또한 상대적으로 고분자물질들이기 때문에 많은 이점을 가지고 있다. 실제로 Monoclonal Antibody 관련 약품을 개발하여 테스트 하기 위해 2년 정도밖에 소요되지 않으며, 개발 비용은 2천만 달러 정도밖에 들지 않는다. 또한 우려와는 달리 부작용도 거의 보고 된 바 없다.

Monoclonal Antibody를 만들기 위해서는 먼저 항원을 쥐에 주입한다. 그러면 쥐의 B세포는 항원에 맞는 항체를 생산하게 되고, 그러한 B 세포를 추출해 낼 수 있다. 추출된 B 세포는 불멸의 세포와 융합되어 hybridoma를 형성하게 된다.

이러한 방법의 문제점은 이렇게 만들어진 Monoclonal Antibody가 인체에 적용되었을 때, 인체의 항체들이 Monoclonal Antibody를 항원으로 인지하고 공격할 수 있다는 것이다. 이러한 공격은 HAMA라고 부르는데, 그것은 관절이 붓거나, 신장에 문제가 생길 수 있고, 심하면 생명에도 지장이 있을 수 있다. 그것은 또한 항체를 파괴하기도 한다.

HAMA 반응을 피하기 위하고, 면역 체계에 의해서 Monoclonal Antibody가 이르게 반응하는 것을 막기 위해서 몇 가지 방법들이 개발 되었다. 그것을 알기 위해서 항체에 대해 알아볼 필요가 있다. 항체는 항원을 인식하는 Fab 영역과 면역 체계의 세포들과 반응하는 Fc 영역을 포함하고 있다. Fc 영역은 항원을 제거하는 데 있어서 중요한 역할을 담당하고 있다. 일단 항체의 Fab 영역이 박테리아에 결합하면, Fc 영역은 미생물을 살해할 수 있는 관련 세포들을 끌어들여 면역 반응을 유도한다.

           HAMA 반응을 막는 방법 중 하나는 쥐에서 만들어진 Monoclonal Antibody의 구조 중에서 항원을 인식하는 Fab 영역을 제외한 나머지 부분을 인간의 것으로 교체하는 것이다. 현재 4가지의 Monoclonal Antibody 관련 약품이 이러한 방법을 이용하여서 시판되고 있다. 그 중 대표적인 것은 ReoPro라는 것인데 혈소판에 결합하여 응고를 막는 역할을 한다.

           다른 방법으로는 Humanization이라는 방법이다. 그것은 유전공학을 이용하여 쥐에서 만들어진 Monoclonal Antibody 중 일부 영역을 선택적으로, 그리고 가능하면 많이 인간의 단백질로 대체하는 것이다. 현재 5 종류의 약품이 이 방법을 이용하여 개발되었고, 시판되고 있다. ,

           또한 인간의 B 세포와 죽지 않는 세포를 융합하여 hybridoma를 만드는 방법이 있다. 이것은 25년 이상의 연구 끝에 개발 되었는데, 거의 성공적인 단계에 있다. 물론 아직 장기적인 안전에 대해서는 장담할 수 없지만, 효과가 탁월하고 싸다는 것이 전문가들의 의견이다.

그 외에도 쥐의 유전자를 인간의 유전자로 대체하여, 쥐가 인간의 Monoclonal Antibody를 만들어 내도록 하는 방법도 있다. 그렇게 만들어진 Monoclonal Antibody는 사람에게서 만들어진 Monoclonal Antibody와 같다.

           이러한 기술들의 개발로 많은 Monoclonal Antibody 관련 약품들이 시판되고 있다. 그리고 그것은 앞으로도 계속 될 것으로 보인다.

이러한 흐름 속에서 인간의 것과 더욱 가까운 Monoclonal Antibody를 만드는 이러한 기술들이 개발되면서 과학의 영역뿐만 아니라 상업적인 영역에서도 큰 영향을 줄 것으로 전문가들은 판단하고 있다.

Abgenix 는 interleukin-8(IL-8) 에 대항하는 a fully human antibody 에 대한 clinical test 를 수행한다. 이 IL-8 은 자연적으로 발생하는 화학물질인 cytokine 인데 , 일반적으로 immune system 에 관련된 cell 들을 activate 시킨다.

Body 가 너무 많은 IL-8 을 생산하면 , rheumatoid arthritis or psoriasis 와 같은 inflammatory autoimmune disease 가 발생할 수 있다. Medarex 는 cancer 와 autoimmune conditions 을 위한 fully human monoclonals ongoing 에 대한 다양한 임상적 trials 을 지닌다.

이것은 소위 designer antibodies 라 불리며 발전하고 있는데 , 이 항체는 toxin 을 직접적으로 diseased cell 에전달하도록 engineered 될 수도 있고 , 또는 tumor 를 공격하기 위해 specifically 하게 immune cells 을 recruit 하도록 engineered 될 수 있다.

다른 연구가들은 mice 를 사용하지 않고도 대량의 monoclonals 을 만들려는 시도를 하고 있다. Munich 내의 England and MorphoSys 내의 Cambridge Antibody Technology 에서는 phage display 라는 기술을 활용하고 있다. 이걸 이용해서 a particular antigen 에 대항하는 the most specific monoclonal 을 발견할 수도 있고 말이다. (그림 참고)

Phage display 는 bacteria 를 감염시키는 a filamentous phage 라 불리는 long, stringy virus 를 활용하는 기법이다. 연구가들은 DNA 를 human B lymphocytes 로부터 isolate 시킬 수 있다. (오직 one antigen 에 대항하는 antibodies 를 만드는 each cell). 그리고 이 DNA 를 E. coli 같은 bacteria 에 집어 넣는다.

그리고 filamentous phages 가 bacteria 를 감염시키도록 만든다. Phages 가 증식해 가면서 , 이들은 자동적으로 various B lymphocytes 의 antibody genes 에 의해 encoded 된 proteins 을 만들 것이다. 그리고 이것들을 newly forming phage particles 표면에 add 할 것이다. 과학자들은 그러고 나서 the antigen 을 사용한다.

그리고 cancer cells 상의 receptor 와 같은 곳을 targeting 하게 만든다. 이와 같은 antibody 를 많이 만들기 위해 , 연구자들은 one phage 로 다수의 bacteria 를 infect 시킬 수도 있고 ,또는 the antibody gene 을 cultured cells 로 집어 넣을 수도 있다.

[Zeroing in on the targets]

새로운 형태의 monoclonals (ex) chimeric , humanized , human) 은 an array of diseases 에 대해 보기 좋다. 이와 같은 2개의 drugs 가 만약 올해 FDA 의 승인을 받으면 , 마침내 이른바 conjugated monoclonals 이라 불리는 것을 효율적으로 사용하는 꿈이 성취되는 것이다.

이건 tumor 에게 직접적으로 radioactive chemical or toxin 을 전달하는 것으로서 새로운 형태의 암 치료법이다. Zevalin 과 Bexxar 는 둘 다 B lymphocyte 상의 CD20 이라 불리는 an antigen 을 target 한다. 이 B lymphocyte 은 non-Hodgkin’s lymphoma 로 알려진 cancer 내에서 uncontrollably 하게 자라는 cell 이다.

그리고 이 둘은 다 a hot punch 를 pack 한다. 다시 말하면 , Zevalin 은 yttrium 의 isotope (⁹⁰Y) 를 지니고 , Baxxar 는 iodine 의 radioactive form 인 (¹³¹I) 를 지닌다. Clinical trials 에서 다른 많은 monoclonals 들도 또한 다양한 질병에서 역할을 수행하는 immune cells 상의 molecules 을 target 한다. 예를 들어서 , Genentech 은 testing Xanelim 의 late stages 에 속하는데 , 이것은 CD11a 에 붙는다.

이러한 protein 들은 T lymphocytes 의 표면에 존재하는데 , 이것들이 skin 에 침투해 들어가고 , psoriasis(건선) 의 inflammation 을 일으키게 만든다. 이러한 ‘건선’ 은 미국 내 인구의 700만 명이 경험을 한다. 이러한 환자들에게 약을 먹였더니 효과가 매우 좋았다고 한다. 그 외에도 다른 회사들은 , CD18 에 대항하는 monoclonals 도 만들려고 노력하는데 , 이 CD18 은 heart attack 으로부터 야기되는 tissue damage 뿐만 아니라 , inflammation 의 기저를 이루는 T lymphocytes 상의 protein 이다.

Epidermal growth factor(EGF) receptor 라 불리는 A molecule 은 monoclonal developers 를 위한 additional tempting target 이다. Solid tumors 를 지닌 환자의 1/3 이 과도한 량의 EGF receptors 를 만든다.

그래서 이것에 대항하는 Gleevec 같은 약들은 cancer cell 이 those receptor 로부터 growth signals 을 받는 것을 간섭한다. Anti-EGF receptor monoclonals 은 traditional chemotherapies 와 combined 되어서 처방되는 게 최고일 것이다. 연구자들은 anti-EGF receptor antibody 인 cetuximab 가 chemotherapy 만으로는 효과를 제대로 보지 못한 colorectal cancer 환자에게 도움을 줌을 증명해 내기도 했다.

Other companies 는 blood vessels 에 있는 cell 표면 상의 molecules 에 반응하는 monoclonal antibodies 를 만들려는 시도도 하고 있다.

이러한 분자에는 알파V , 베타3 등이 있을 것이다. 이런 분자들은 angiogenesis 에 관여할 것이다. 이것은 new blood vessels 의 growth 를 의미한다. 이 과정은 tumor 의 development 에서 핵심적인 step 이다.

굉장히 성공한 monoclonal antibody drug 가 판매 중인데 , 그건 바로 Remicade 다. 이건 tumor necrosis factor(TNF) 를 target 한다. 그 회사의 보고서에 따르면 , Remicade 는 (Crohn’s disease 와 rheumatoid arthritis 를 위한 약임) 는 매년 3억 7000만 달러라는 막대한 수입을 개발자에게 준다고 한다. TNF 를 제거하는 치료법은 매년 20억 달러의 창출을 기대할 만 하다.

Emerging Issues

이러한 좋은 기회를 보면서 , biotechnology 와 pharmaceutical companies 는 관심이 갈지도 모른다. 그러나 전 세계적으로 오직 10 large-scale antibody plants 만 작동 중이다.

문제가 있다면, 제정적인 측면에서 고려해야 할 점이 좀 있다. : 은행들은 , 최신식 monoclonal production facility 를 위해 수 백 , 수천 달러를 빌려주기를 꺼려 한다. 왜냐하면 성공이 늘 보장되는 건 아니기 때문이다.

Hybridomas 로부터 monoclonals 을 만들 때 , gold standard 는 bioreactors라 불리는 enormous tanks 를 필요로 한다. 예상하기를 60,000-liter bioreactor plant 같은 거대한 녀석으로도 , 이론적으로 only four products 만 만들어낼 수 있다. 만약 시장에 100 개의 서로 다른 monoclonals 이 등장할 것을 예상해 본다면 , 적어도 25 개의 new facilities 가 지어져야 한다. 이렇게 하지 않으면 , 자신들의 필요를 , 그 욕구를 충족할 수 없게 될 것이다. 이러한 production plants 는 50억 달러 또는 그 이상을 필요로 한다. 그리고 짓는 데만도 3~5년이 걸리고 , FDA 에 의해 승인을 받아야 한다. 그 승인이 어떻게 귀결될 지는 아무도 모르고 말이다.

이러한 문제를 채우기 위해 몇 몇 회사들은 , transgenic animals 과 plants 로 관심을 돌리고 있다. 이러한 organisms 들은 selected antibodies 를 위한 genes 을 운반하도록 가공되어져 있다. 자신들의 우유 속에 monoclonals 을 지녀서 이것들을 분비하는 transgenic mammals 은 약 100달러 정도 하는 antibody 를 1 gram 만들어 낼 수 있다. 비용도 기존의 방식보다 1/3 이나 저렴하게 든다. 그래서 어떤 회사는 Remicade 를 transgenic goats 와 infigen 을 이용해서 얻어 보려고 함. 다른 회사에서는 cow’s milk 를 통해 얻으려고도 하고 말이다. 이런 방식은 아직 FDA 의 승인을 받은 건 아니다. 그리고 얼마나 많은 회사들이 standard bioreactors 에서 이 쪽으로 넘어 올지도 모르고 말이다.

Newman 사는 인정하기를 , transgenic animals 이 매력적인 대체기법이 되긴 하지만 , 이들은 milk proteins 으로부터 monoclonal 을 분리해 내는 tedious step 을 또한 겪어내야 함을 역설한다.

결국 이런 것이다. Purification problem 이 남긴 하지만 , 10,000-liter bioreactors 에 지출을 할 필요는 없다.

그리고 , 동물들을 genetically engineering 하고 breeding 하는 것에도 수 년이 걸린다.

그러나 상황이 어떻게 되든 Antibodies 들이 cattle , goat , corn , bioreactor 등 어떤 곳으로부터 나오던지 , monoclonal antibodies 는 21세기 medicine 관련 분야에서 주된 역할을 감당하게 될 것이다.

*모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔습니다*

Phagocytosis of Microbes

Netrophils 과 macrophages 는 phagocytosis 의 과정을 이용해서 bound microbes 를 vesicles 로 ingest 시킨다. (Figure 2-8)

Phagocytosis 는 active , energy-dependent process of engulfment of large particles (직경 0.5 마이크로미터 이상). Microbial killing 이 phagocytosis 에 의해 형성된 vesicles 내에서 발생한다. 그리고 the mechanisms of killing 은 phagocytes 를 잠재적으로 손상시킬 수 있는데 , 이 메커니즘은 the rest of the cell 로부터 isolated 된다.

Phagocytosis 의 first step -> phagocyte 에 의해 microbe 를 recognition 한다.

Neutrophils 과 macrophages 는 normal cells 에 끊임없이 노출된다. 그러다가 various microbes 와 particles 을 specifically ingest 한다. This specificity 는 neutorphils 과 macrophages 가 microbes 를 specifically recognize 하는 receptors 를 express 하기에 생기는 것이다. 그리고 these receptors 는 functionally 하게 the mechanism of phagocytosis 와 연결되어 있다. Some of these receptors 는 C-type lectins 과 scavenger receptors 를 포함하는 pattern recognition receptors 다.

Pattern recognition receptors 는 mannose 와 같은 particular molecular patterns 을 express 하는 organisms 에서의 phagocytosis 에만 기여할 수 있다.

Phagocytes 상의 another group of receptors 는 microbes 를 coating 하는 certain host proteins 을 recognize 한다. These proteins 을 opsonins 이라 부른다. 그리고 여기에는 antibodies , complement proteins , lectins 이 포함된다. Phagocytosis 를 하기 위해 microbes를 coating 하는 과정을 opsonization 이라고 부른다.

Phagocytes 은 specially 하게 antibody 와 complement proteins 과 lectins 에 binding 하는 high-affinity receptors 를 가지고 있다. These receptors 는 many different microbes 의 phagocytosis 에 극히 중요하다.

Microbes 를 opsonizing 하기 위한 one of the most efficient systems 은 microbes 들을 antibodies 로 coating 시켜 버리는 거다. Antibody molecules 은 끝에 antigen-binding sites 인 Fc region 를 지닌다. (???). antibody 는 effector cells 과 innate immune system 의 molecules 과 상호작용한다. 다양한 타입의 antibody 에 대해서는 Ch4 , Ch14 에서 자세히 보기로 하자.

Phagocytes 은 IgG 라 불리는 one type of antibody 에 specific 한 Fc감마RI 이라 불리는 high-affinity Fc receptors 를 express 한다. (Ch14 보기). 그래서 , an individual 이 microbial antigens 에 대항하여 IgG antibodies 를 만듦으로써 infection 에 반응 한다면 , IgG molecules 은 these antigens 에 binding 한다. 그리고 bound antibodies 의 Fc ends 는 phagocytes 상의 Fc감마RI 와 interact 할 수 있다. 그 결과는 efficient phagocytosis of the microbes 다.

Many different antibodies 가 many different microbial products 에 binding 하도록 생산되어질 수 있으므로 , antibody-mediated opsonization 은 pattern recognition receptors 가 하는 것보다 더 넓은 범위의 microbes 의 phagocytosis 가 가능케 해 준다.

IgG antibodies 가 many organisms 의 efficient phagocytosis 에 필수적이다 할지라도 , 이 녀석들은 adaptive immune system (B lymphocytes) 의 산물이다. 이 adaptive immune system 은 their protective functions 을 수행하기 위해 innate immune system effector cells(phagocytes) 을 이용한다??

Complement 와 lectin 을 포함하는 innate immune system 의 various soluble pattern recognition receptors 와 effector molecules 은 또한 중요한 opsonins 이다. These opsonins 은 blood 내에서 발견된다. 이들은 microbes 를 binding 한다. 그리고 phagocytes 은 these opsonins 을 위해 receptors 를 express 한다.

(다음 챕터에서 innate immune system 의 these soluble effectors 에 대해 이야기 해 보자…..)

a microbe 또는 a particle 이 phagocyte 상의 receptors 에 binding 하는 대로 , the region of the receptors 에 있는 plasma membrane 은 redistribute 하기 시작한다. 그리고 microbes 주변으로 cup shaped projection 을 하며 extend 한다. The protruding membrane cup 이 particle 의 직경을 넘어서도록 extend 할 때 , the top of the cup 은 closes over 되던지 아니면 zips up 된다. 그리고 an insideout intracellular vesicle 을 형성하기 위해 the interior of the cup 을 pinched off 한다. (Figure 2-8 참고). Phagosome 이라 불리는 this vesicle 은 the ingested foreign particle 을 포함한다. 그리고 이것은 plasma membrane 으로부터 떨어져 나온다. The cell surface receptors 는 또한 phagocytes 의 microbicidal activities 를 stimulate 하는 activating signals 을 deliver 한다. Phagocytosed microbes 는 파괴된다. 이와 동시에 peptides 는 microbial proteins 으로부터 만들어진다. 그리고 adaptive immune responses 를 개시하기 위해 T lymphocytes 에 presented 된다. (Ch6 에서 보자)

Killing of Phagocytosed Microbes

Activated nuetrophils 과 macrophages 는 phagolysosomes 내의 the action of microbicidal molecules 에 의해 phagocytosed microbes 를 죽여 버린다.(Figure2-8)

TLRs , G-protein-coupled receptors , antibody Fc and complement C3 receptors , cytokines (주된 건 IFN-감마) 을 위한 receptors 와 같이 microbe 를 인식하는 several receptors 는 ingested microbes 를 죽이기 위해 phagocytes 를 activate 하는데 있어서 협력적으로 기능한다. Lysosomes 과 phagocytic vacuoles(phagosomes) 의 fusion 은 phagolysosomes 이 만들어 지게 한다. 이 phagolysosomes 은 most of the microbicidal mechanisms 이 concentrated 되는 장소다. 메커니즘을 알아 보자.

*Activated neutrophils 과 macrophages 는 phagolysosomes 에서 several proteolytic enzymes 을 만들어 낸다. Neutrophils 에서 one of the important enzymes 은 elastase 다. 이 효소는 many types of bacteria 를 죽이는데 요구된다고 알려진 a braod-spectrum serine protease 다. Another important enzyme 은 cathepsin G 다. Mouse gene knock-out studies 는 phagocyte 이 박테리아를 죽일 때 이 효소가 필수적으로 필요함을 확인시켜 줬다.

*activated macrophages 와 neutrophils 은 molecular oxygen 을 reactive oxygen species (ROS) 로 변환시킨다. 이 ROS 는 microbes(and other cells) 을 파괴하는 highly reactive oxidizing agents 다. The primary free radical-generating system 은 phagocyte oxidase system 이다.

Phagocyte oxidase 는 multisubunit enzyme 인데 , activated phagocytes 내에서도 주로phagolysosomal membrane 내에서 조립된다. Phagocyte oxidase 는 many stimuli(IFN-감마 , TLRs 로부터의 signals) 에 의해 induced 되고 activated 된다. 이 효소의 기능은 molecular oxygen 을 ROS(ex) superoxide radicals) 로 환원시키는 거다.  ???

Superoxide 는 enzymatically dismutated 되는데 , hydrogen peroxide 로 dismutated 된다. 이 hydrogen peroxide 는 enzyme myeloperoxidase 에 의해 사용되는데 , 어떻게 쓰이냐면 normally unreactive halide ions 을 reactive hypohalous acids(bacteria 에게 매우 toxic 한) 로 변환하는데 쓰인다.

 ROS 가 만들어지는 과정을 respiratory burst 라고 부른다. Toxic ROS 의 생산이 흔히 phagocyte oxidase 의 major function 으로 보여진다지만 , 이 녀석의 another function 은 phagocytic vacuoles 내에 conditions 을 조성하는 것이다. (proteolytic enzymes 의 activity 에 필수적인 환경). The oxidase 는 an electron pump 로서 기능한다. 그러면서 vacuole membrane 을 따라 electrochemical gradient 을 만들어 낸다. (이 과정은 ions 이 vacuole 로 이동함으로써 compensated 된다.). 암튼 이 결과 vacuole 내의 pH 와 osmolarity 가 증가하고 이 환경은 elastase 와 cathepsin G 가 활동하는데 필수적이다. Chronic granulomatous disease 라 불리는 질병이 있는데 이건 phagocyte oxidase 의 구성요소 중 한가지가 선천적으로(유전적으로) 결핍되어서 생기는 질병이다. 이 결핍이 neutrophils 이 certain species 의 gram(+) bacteria 를 죽이는 능력을 떨어뜨린다? (Ch20 보기)

l  ROS 에 덧붙여서 , macrophage 는 reactive nitrogen intermediates 을 생산하는데 , 주된 게 바로 nitric oxide (NO) 다. (inducible nitric oxide synthase<i NOS> 라 불리는 효소에 의해 만들어짐). I NOS 는 resting macrophage 에는 없지만 TLRs 을 activate 시키는(특히 in combination with IFN-감마) microbial products 에 반응하여 유도될 수 있는 cytosolic enzyme 이다. I NOS 는 arginine 을 citrulline 으로 변환하는 걸 촉매한다. 그리고 freely diffusible nitric oxide gas 가 방출된다. Phagolysosomes 내에서 , nitric oxide 는 hydrogen peroxide 또는 superoxide (phagocyte oxidase 에 의해 만들어진) 와 combined 될지도 모른다. (그렇게 하는 이유는 microbes 를 죽일 수 있는 highly reactive peroxynitrite radicals 을 만들어 내기 위해서다). ROS 와 nitric oxide 의 cooperative and redundant function 은 어떤 연구결과를 통해 드러나는데 , 그 연구는 바로 I NOS 와 phagocyte oxidase 둘 다가 결핍된 knockout mic 가 phagocyte oxidase 또는 I NOS knockout animals 중 한 가지만 결핍된 녀석보다 bacterial infection 에 더욱 노출되기 쉽다는 내용이다.

Neutrophils 과 macrophages 가 strongly activated 될 때 , 이들은 lysosomal enzymes , ROS , NO 을 방출함으로써 normal host tissues 에 해를 입힐 수 있다.

These cells 의 microbicidal products 은 self tissues 와 mcirboes 를 구별해 내지 않는다. 그 결과 these products 가 extracellular environment 로 들어갈 때 , 이들은 tissue injury 를 야기시킬 수 있다.

Other function of activated macrophages

Phagocytosed microbes 를 죽이는 것에 덧붙여서 , macrophages 는 infection 에 대항하는 defense 에서 many other function 을 수행한다. (Fig 2-9). Many of these functions 은 cytokines 에 의해 mediated 된다. (Ch12 에서 더 자세히 보자)

우리는 이미 TNF , IL-1 , chemokines 의 역할을 알아봤다. (inflammatory reaction 을 유도시켜주는). These cytokines 에 덧붙여서 macrophages 는 IL-12 를 만들어 낸다. 이 IL-12 는 NK cells 과 T cell 을 stimulate 시키는데 , 얘를 자극시켜서 IFN-감마 를 생산해 내기 위해서다. High concentration of LPS 는 disseminated coagulation , vascular collapse , metabolic abnormalities 에 의해 특징화 되는 a systemic disease 를 유발시키는데 , 이 모든 것들이 LPS-acitvated macrophages 에 의해 분비되는 high levels of cytokines 의 pathologic effects 이다. (Box15-1 , Ch 15). Activated macrophage 는 또한 fibroblasts 와 endothelial cells 을 위한 growth factors 를 만들어 내는데 , 이 fibroblasts 와 endothelial cells 은 infections 과 injury 후 , tissues 를 remodeling 하는데 관여한다. Cell-mediated immunity 에서 macrophages 의 역할은 Ch13 에 나와 있다.

Natural Killer (NK) cells

NK cells 은 infected and/or stressed cells 을 recognize 하고 , inflammatory cytokines 을 분비함으로써 these cells 을 directly killing 함으로써 respond 하는 lymphocytes 과 관련된 a lineage of cells 이다. NK cells 은 blood 와 spleen 내에서 mononuclear cells 의 5% ~ 20% 를 이루고 있다. 그리고 other lymphoid organs 내에서는 희귀하다.

이 이름의 어원: these cells 들이 blood 나 spleen 으로부터 isolated 되면 , 이들은 additional activation 을 위한 다른 도움 없이 various target cells 들을 죽일 수 있다.

(이와 대조적으로 CD8+ T lymphocytes 은 target 를 죽이는 능력을 지닌 cytotoxic T lymphocytes [CTLs] 로 분화되기 전에 activated 되어야 한다.). infected cells 을 직접적으로 죽이는 것에 덧붙여서, NK cells 은 IFN-감마 의 a major source 다. 이 IFN-감마 는 ingested microbes 를 죽이기 위해 macrophages 를 activate 한다.

NK cells 은 bone marrow precursors 로부터 만들어 진다. 그리고 numerous cytoplasmic granules 을 지닌 large lymphocytes 의 모습으로 보인다. 그래서 NK cells 을 때때로 large granular lymphocytes 라고 부르기도 한다. Surface phenotype 과 lineage 에 의해 NK cells 은 T lymphocytes 도 아니고 , B lymphocytes 도 아니게 된다. 그리고 이 녀석들은 immunoglobulin or T cell receptors 와 같이 somatically rearranged , clonally distributed antigen receptors 를 express 하지 않는다. Germline DNA-encoded receptors 를 사용하는 their target cells 들에 대해 알아보장

Recognition of Infected and Stressed Cells By Natural Killer Cells.

NK cell activation 은 activating receptors 와 inhibitory receptors 로부터 만들어지는 signals 사이의 balance 에 의해 regulated 된다. (Figure 2-10). [Box2-4] 보면 이러한 receptors 의 several families 에 대해 나와 있다. Most of these receptors 는 complexes of ligand-binding subunits 이다. 그리고 이 subunits 들은 other cells 의 surface 상의 molecules 을 recognize 하고 , signaling subunits 은 activating signals 또는 inhibitory signals 을 cell 로 transduce 한다.

An NK cell 이 another cell 과 상호작용할 때 , the outcome 은 inhibitory and activating receptors 의 an array 로부터 만들어지는 signals 의 integration  에 의해 결정되어지는데 , 이 array 는 NK cell 에 의해 동시에 expressed 되고 , other cell 상의 ligands 와 동시에 interact 할 것이다??. 일반적으로 , activating signals 은 NK cell activation 과 attack of normal cells 을 막기 위해 inhibitory signals 에 의해 blocked 되어야 한다. NK cells 상의 many of these receptors 는 class I MHC molecules or proteins 을 recognize 한다. 이 proteins 은 structurally class I MHC molecules 에 homologous 하다. Class I MHC molecules cytoplasmic proteins(ex) microbial proteins) 으로부터 만들어진 peptides 를 CD8+ T cells 에 의한 recognition 을 위해 cell surface 위에 display 한다.

Ch5,6 에서 더욱 자세히 보자.

NK cell 은 class I or class I-like MHC molecules 을 recognize 하는데 있어서 T cells 이 하는 것과는 근본적으로 다른 types of receptors 를 사용한다는 것을 이해하는 게 중요하다.

NK cells 상의 activating receptors 는 stress 를 겪은 cell (ex) viruses or other intracellular microbes 에 infected 된 cell , malignantly transformed 된 cells) 상에 expressed 된 a heterogeneous group of ligand 를 recognize 한다.

One of the better studied activating receptors 는 NKG2D 다. (Box 2-4). 이것은 virally infected cells 과 tumor cells 상에서 발견되는 a family of structurally related class I MHC-like proteins 을 binding 한다.

Mice 에서의 experimental evidence 는 NKG2 ligands 는 viral infections 과 growth of tumor 를 controlling 하는데 중요함을 보여 준다.

NK cells 상의 another type of activating receptor 인 CD16(Fc감마RIIIa) 는 IgG1 과 IgG3 antibodies 의 Fc portions 을 위한 low-affinity receptor 다. 이 recognition 의 결과로 , NK cells 은 antibody molecules 로 coating 된 target cells 을 죽인다. Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity 라 불리는 이 과정은 Ch14 에서 더 자세히 보자.

(우리가 humoral immunity 의 effector mechanisms 을 고려할 때…)

Kinase-dependent signaling cascades 는 NK cells 상의 receptors 가 their ligands 를 binding 할 때 initiated 된다. 그리고 그에 이어 빠르게 ligand 를 bearing 하는 target cells 에 대항하는 cytotoxic activity 시키고 , cytokines 의 생산을 이끈다. 이러한 signaling pathways 는 T lymphocytes 의 그것과 유사하다. (Ch9 보기)

NK cells 상의 inhibitory receptors 는 class I MHC molecules 을 binding 한다. 그리고 이 class I MHC molecules 은 most healthy , uninfected cells 상에 일반적으로 expressed 된다.

Their ligands 에 these inhibitory receptors 가 binding 하는 것은 phosphatase-dependent signaling cascades 를 초래한다. 그리고 이 cascades 는 activating receptors 에 의해 initiated 되는 signaling cascades 내의 the effect of kinases 를 counteract 한다. Self-class I MHC 를 위한 inhibitory receptors 의 specificity 때문에 , normal host cells 은 NK-mediated killing 으로부터 protected 된다.