항체가 다양한 이유-유전자상에서 일어나는 이야기 part1

안녕하세요?

지난번 <면역학 이야기>에서 항체를 만드는 유전자가 3군에 염색체에 나누어서 분포하고 있다는 이야기를 했는데, 염색체 안에 들어가 있는 유전자 마져도 마치 레고 블럭처럼 조립이 될 수 있다는 이야기를 했습니다. 이번 포스팅에서는 이야기를 이어서, 이게 무슨 말인지 부터 먼저 설명을 들어간 다음에, 추가적인 변이가 일어나서 항체가 더욱 다양하게 되는 이야기를 다루고자 합니다.

위 그림은 중쇄의 DNA상 배선구조를 묘사한 그림입니다. 먼저 L이라고 보라색으로 표시된 부분은 '리더 펩티드(leader peptide, L)' 이라고 불리우며, 그 기능에 대해서는 면역학 책에서 나와있지는 않았습니다. 그리고 V로 표시된 붉은색 부위는 'Variable(V) gene segment'라고 하는 '가변유전자 조작'이라고 합니다. 이외에 위 그림에서 초록색으로 표시된 D라는 부위는 '다양성 유전자 조작[diversity(D) gene segment]'라고 불리고 있으며, 마지막으로 오렌지색으로 묘사가 된 J는 '이음 유전자 조작[joining(J)gene segment]'라고 불리는 조작입니다.

왜 이런 조각이 여러개 있는 것처렴 묘사를 했느냐 하면, 실제로 V 조각은 약 40개의 조각이 있으며, D조각이 약 23개-이 역시 면역학 책마다 다른 것으로 보아, 정확한 갯수가 알려지지 않은 것으로 보입니다. 그리고 J부위 6개가 조합이 되면, 중쇄는 약 5520개의 조합이 가능하다고 합니다. 일단 숫자는 V부위의 경우 38~50까지 변할 정도로 다양해서 실제로 얼마나 많은 조합이 나올지는 모릅니다.

그럼 여기서, 지난번 시간에 14번 염색체에 '중쇄'를 만드는 유전자가 들어가 있고, 이번에 이 유전자가 V부위, D부위, J부위로 많이 나누어져 있는데, 이게 '항체의 다양성'과 무슨 상관이 있느냐 하는 의문이 드실 겁니다. 그전에 먼저 복습해 봐야 하는 내용이 있는데, B cell은 1개 세포에 1개의 면역 글로불린을 지니고 있으며, 항원과 결합을 하는 미성숙한 B 세포만이 '형질 세포'가 되어서 항체를 생산 합니다.

링크 : 적응면역 이야기 part2 - 항체의 생성 이야기

이 이야기가 왜 중요한가 하면, B 세포는 발달하는-림프구에서 분화되어 나올 때 '체성 재조합(somatic recombination)'이라고 부르는 과정이 일어나서, V부위, D부위, J부위가 재조합이 되는 과정이 일어난다고 합니다. 중쇄의 경우 아래의 그림과 체성 재조합이 DNA상에서 일어나게 됩니다.

먼저 DNA상에서 D부위와 J부위가 먼저 결합을 하고-당연히 23~27개 정도 흩어져 있는 D부위와 6개가 있는 J부위가 다 결합하는 것이 아니고, 저 많은 조각중에 1개가 선택이 되어서 조합이 되는 것입니다. 선택받지 못한 나머지 부위에 대해서는 면역학 책에서 언급이 없었으며, 이렇게 1개의 D부위와 J부위가 선택이 되어서 DJ결합이 일어납니다.

그 다음으로 40~50개 정도 흩어져 있는 V부위 중에서 1개가 선택이 된 다음에, 이미 결합된 DJ부위와 붙는 VDJ결합이 일어나면서 1개의 중쇄를 만들 수 있는 유전자가 완성이 됩니다. 혹 착각이 될까봐 다시 강조를 하지만, 위 그림의 DNA 재조합은 B 세포가 분화되어 나오면서 일어나는 과정이지, 우리 몸의 아무 체세포에서 일어나는 과정은 아닙니다.

위 그림은 중쇄가 어떻게 DNA상에서 V(D)J 재조합이 된 다음에 항체가 되는지에 대해서 직관적으로 알 수 있도록 묘사를 한 그림입니다. 다른 체세포의 염색체 상에서는 염색체 14번에 V부위가 40개 있다고 해도, B세포에서는 위 그림의 DNA부분에 묘사가 된 것처럼 1개만 존재를 하게 됩니다. RNA로 전사(transcription)이 된 다음에 RNA splicing이라는 과정이 일어나고 나서, 단백질로 번역(translation)이 되면 어엿한 항체의 '중쇄'가 만들어 집니다.

그럼 여기서 '경쇄'에 대해서 의문이 드실 건데요, 앒에서 설명을 드렸다 시피, 경쇄의 λ(람다) 경쇄와 Κ(카파)경쇄로 나뉘어져 있는데, 각자가 위치한 22번 염색체와 2번 염색체상의 모습은 아래의 그림에서 간단하게 묘사를 하였습니다. 먼저 아랫쪽에 있는 그림을 봐 주시기 바랍니다.

위 그림에서 묘사가 된 것처럼 λ경쇄는 22번 염색체에 약 30개의 V 조각과 5개의 J조각으로 이루어져 있으며,  Κ경쇄는 V조각 약 40개와 J조각 5개로 이루어져 있습니다. 중쇄처럼 D라고 이름이 붙은 부분이 없기 때문에, λ와 Κ모두 나오는 조합의 수는 면역학 책마다 다르기는 하지만, 약 120종류와 175종류의 조합이 나온다고 합니다. 생각보다 조합의 종류가 많지 않다는 생각이 드실 수도 있지만, λ와 Κ 합쳐서 약 295 종류의 경쇄가 나올 수 있으며, 약 5520종의 중쇄가 무작위로 조합이 되어서 약 160만 종류나 조합이 나올 수 있다고 합니다.

역시 중쇄와 마찬가지로 '체성 재조합(somatic recombination)'이 일어나서 수많은 V부위와 J부위 중에 1개만을 골라서, 'B세포가 분화 할때' 이런 유전자 재조합이 일어나게 되는 것입니다. 중쇄와는 달리 D부위라고 해야 할까요? 이 유전자 조각이 없어서 체성 재조합이 중쇄에 비해서 간단하게 끝이 나는 것을 볼 수 있습니다. 그럼 조금 더 깊이 들어가서, 항체의 V 부위를 만드는 이 '체성 재조합'이 어떤 원리로 일어나는지 살펴 보겠습니다.

먼저 '재조합 신호서열(recombination signal sequence,RSS)'이라는 것을 들어가기 위해, 위에 복잡해 보이는 그림을 올려 놓았습니다. 먼저 위 그림에서 7이라고 적혀있는 주황색 블록은 '7합체(CACAGTG)서열' 이라는 것이며, 보라색으로 9라고 표시된 블록은 '9합체(ACAAAAACC)서열'이라는 특별한 DNA 염기서열 입니다. 그리고 '흰색'으로 12나 23이라고 표시된 것이, DNA염기서열 12개와 23개 만큼 떨어졌다는 '간격'을 표시한 것이라고 보시면 됩니다.

원래라면 여기서 구체적인 재조합의 과정을 설명하면서 면역학책의 이 부분-항체에 관한 챕터를 다 마치려고 했습니다만, 가만히 보니 포스팅의 내용이 너무 길어지기에 여기서 잠시 끊도록 하겠습니다. 남은 부분도 제대로 설명하기 위해서 적지 않은 분량이 남아 있기 때문에, 앞으로 포스팅을 2개나 3개정도 더 해야 '항체'에 대한 면역학 책의 챕터를 끝낼 수 있어 보입니다.