(줄글 주의)
<lmmunoglobulin C region의 structural variation>
1. TCR의 C region은 V region의 structural support 역할을 합니다.
TCR은 항상 membrane bound form으로 존재하기 때문에 TCR을 membrane에 고정하는 역할을 합니다.
또한 TCR의 C region은 생성된 후 전혀 변화하지 않습니다.
2. immunoglobulin은 transmembrane 형태와 secreted antibody 형태 모두 만들어집니다.
그리고 rearrangement가 끝난 후에도 class swithching이 일어날 수 있습니다.
3. Antibody의 class는 어떤 heavy chain의 C region이 사용되는지에 따라 결정됩니다. 어떤 C region을 사용할지 결정하는 두 개의 주요한 메커니즘에는 alternative splicing과 permanent DNA changes가 있습니다.
<서로 다른 immunoglobulin isotype의 구조적 특징>
heavy chain에는 5개의 isotype이 존재하는데 각 class 들은 기능적/구조적 특징이 존재합니다! (lgM, lgD, lgG, lgA, lgE)
1) lgM
- B cell 활성화 후 처음 만들어지는 class입니다.
- Pentamer 형태로 secretion되어 보통 혈액에 존재하고 조직에는 존재하지 않습니다.
- affinity는 낮으나 여러 개의 binding site를 가져 sum of affinity인 avidity는 높습니다.
- complement componet인 C1과 interact하여 classical complement pathway를 활성화합니다.
2) lgG
- 혈액과 조직의 extracellular space에 모두 존재합니다.
- 대부분의 lgG는 complement component인 C1과 interact하여 classical complement pathway를 활성화합니다.
- 항상 monomer로 존재하며 친화력이 높습니다.
3) lgA
- 혈액에도 있지만 mucosal surface에서 방어 기작을 담당합니다.
- 대표적으로 gut, respiratory tract, mother’s milk에 존재합니다.
- monomer와 dimer 모두 존재하며 complement activation을 시키지 않습니다.
4) lgG
- allergic response에 관여합니다.
- 항상 monomer로 존재합니다.
- complement activation을 시키지 않습니다.
<isotype의 특징>
- lgM은 pentamer를 이루기 때문에 macroglobulin이라고 부릅니다.
- serum level은 lgG type이 월등히 높고 serum에서 half life 또한 lgG가 굉장히 안정적입니다.
lgE의 경우에 half life가 길지 않지만 tissue mast cell에 의해 고정될 때는 훨씬 긴 half life를 가지고 있습니다.
- 대부분의 lgG와 lgM이 classical complement pathway에 관여하지만 lgG4는 예외적으로 관여하지 않습니다.
- lgA1은 alternative complement pathway에 관여합니다.
- 엄마와 태아사이의 placental transfer가 가능한 항체는 lgG type이며 특히 lgG1과 lgG3가 transfer가 잘됩니다.
- macrophage의 Fc receptor에 결합하여 phagocytosis를 유도하는 항체로는 lgG, lgA, lgE type이 있으며 각 항체는 서로 다른 Fc receptor에 결합합니다.
- mast cell과 basophil에 binding하여 allergic reaction을 유도하는 항체는 lgE입니다.
- 항체에 binding하여 무력화시키는 물질을 가지고 있는 pathogen 중 하나가 staphylococcal protein A입니다.
Protein A는 lgG에 주로 binding합니다.
V region이 항체의 diversity를 이룬다면 C region은 functional specialization을 결정합니다.
만약 항체가 toxin이나 virus에 binding하여 toxin이나 virus가 host cell infection을 하지 못하게 하는 역할만 한다면 V region만 있어도 충분합니다.
하지만 그 이외에 effector molecule을 불러들이고 pathogen을 파괴하는 기능을 하는 데는 C region이 필요합니다!!
<C region의 3가지 기능>
1> Fc-receptor binding
macrophage와 neutrophil의 Fcγ receptor는 lgG1과 lgG3의 Fc와 결합하여 pathogen의 phagocytosis를 증가시킵니다.
Mast cell, basophil, activated eosinophil의 Fcε receptor는 lgE의 Fc와 결합하여 항원반응에서 inflammatory mediator를 방출합니다.
2> complement activation
항원-항체 complex는 Fc region이 C1q complement protein에 결합하여 classical complement cascade를 사작하게 하여 phagocytosis를 활성화합니다.
3> regulation of secretion
neonatal Fc receptor(FcRn)을 통해 active transport를 함으로써 수행합니다.
대표적인 예로 lgA가 mucous surface, tear, milk로 secretion 될 때, 엄마의 lgG가 태아의 blood circulation으로 들어가도록 할 때(placental transfer), kidney glomerulus에서 여과된 lgG를 removal 할 때 FcRn이 사용됩니다.
<lgM과 lgD의 생성과정>
1. lgM과 lgD는 같은 pre-mRNA transcript로부터 만들어져 mature B cell의 표면에 함께 발현됩니다.
2. naive B cell에서 가장 먼저 발현되는 heavy chain은 μ heavy chain, 가장 먼저 생성되는 immunoglobulin은 lgM입니다.
3. lgD는 거의 모든 mature B cell에서 lgM과 함께 발현되며 아주 소량만 plasma cell에 의해 secretion됩니다.
4. lgM과 lgD 중 어떤 것이 만들어질지는 alternative splicing에서 결정됩니다.
lmmature B cell은 대부분 μ transcript를 만들고, mature B cell은 대부분 δ transcript를 만들며 소량의 μ transcript도 함께 발현합니다. 결국 중요한 것은 lgM과 lgD는 class switching이 아닌 alternative splicing에 의해 결정된다는 것입니다.
Alternative splicing과 class switching의 차이는 reversible한지의 여부입니다.
<항체의 transmembrane form과 secreted form의 regulation>
1. B cell은 초기에 lgM을 transmembrane form으로 발현하는데, 이 중의 일부는 plasma cell로 분화하여 lgM antibody를 생성합니다. 다른 세포들은 class switching을 통해 다른 class의 immunoglobulin을 생산하고 plasma cell로 분화하여 다른 class의 antibody를 secretion합니다.
2. membrane bound form의 immunoglobulin은 모두 3개의 heavy chain, 2개의 light chain으로 구성된 monomer입니다.
- lgM과 lgA는 secretion 되면 각각 pentamer와 dimer를 형성합니다.
- membrane bound form은 heavy chain의 C-terminal 쪽에 hydrophobic transmembrane domain을 갖습니다.
이 부분이 immunoglobulin을 B cell의 표면에 고정시켜줍니다.
- secreted form은 transmembrane domain 대신 hydrophilic secretory tail을 가지고 있습니다.
두 domain 중 어떤 domain을 가질지 alternative RNA processing을 통해 결정됩니다.
<protein으로 만들어졌을 때의 항체의 구성>
1) lgM과 lgA는 polymer 형성이 가능하며 Polymer 형성에는 J chain이 관여합니다.
- lgM은 혈액에서 petamer를 형성하는데 J chain이 없는 경우에는 hexamer도 이룰 수 있습니다.
- lgA는 혈액에서 monomer 형태로 존재하는데 mucous secretion 될 때는 dimer를 이룹니다.
2) lgM과 lgA의 C region은 tail piece를 포함합니다. Tail piece는 polymerization에 필요한 cysteine residue가 있어서 disulfie bond를 이루고 J chain과의 연결도 일어납니다.
3) lgA의 경우 epithelia barrier를 통해 transport 될 때 dimerization이 반드시 필요합니다.
4) immunoglobulin의 polymerization은 repetitive epitope binding에 중요합니다.
대표적인 예가 lgM antibody인데 Pentameric한 경우 10개의 antigen binding site에 binding이 가능합니다.
Affinity가 낮더라도 10개의 binding site 덕분에 high avidity를 가질 수 있습니다.