항체 공학-항체의 구조와 기능

1.   항체의 구조와 기능 

다음 용어들을 설명하시오.

1.   Antigen

1생체 내에 투여하면 이것에 대응하는 항체를 혈청 속에 생성시켜 그 항체와 반응하는 성질을 가지는 물질 ,2항체의 생산을 일으키는 물질- foreign molecule

In immunology, an antigen (Ag) is a molecule or molecular structure, such as may be present at the outside of a pathogen, that can be bound to by an antigen-specific antibody (Ab) or B cell antigen receptor (BCR). The presence of antigens in the body normally triggers an immune response.

+어떤 물질이 피부 및 혈관을 통해 체내에 들어왔을 때 체내에서 이종물질에 대응하는 특이항체를 생성할 수 있는 성질을 갖고 있는 물질을 말한다.

 

2.   Antigenicity

항원성이라 체액성 면역 및 세포성 면역의 결과물과 결합하는능력을 말한다 즉, 항원성은 면역원성과 달리 면역반응을 유발하는능력과는 관계없이 결합할 수 있는능력을 가진 것을 말한다

- ability to combine specifically with the final products of immune response (ex, antibody)

+특이적으로 생체 자신이 생성시킨 특이 항체와 생체, 체외에서 반응을 할수 있는 이종단백도 항원으로 작용할 수 있는데 전자를 항원성 Antigenicity 또는 면역원성 Immunogenicity라고한다

+ Antigenicity refers to the ability to bind to products of humoral and cellular immunity. In other words, unlike immunogenicity, it has the ability to bind regardless of the ability to induce an immune response. Not all antigenicity is immunogenic. The antigen that has no immunogenicity and is antigenic is cf))Hapten. Hapten has a small molecular weight and does not cause an immune response. It means there is no immunogenicity. However, when it is bound to a large carrier protein, immunogenicity occurs, which is called the Hapten-Carrier Effect.

 

 

3.   Immunogen

면역원은 체액 또는 세포를 통해 면역 반응을 일으키는 자극제이지만 항체또는 T세포에 특이적으로결합하는 모든 물질을 말한다. 모든 면역원은 항원이 되지만 모든 면역원은 항원이 되지만 모든 항원은 면역원이 아닐 수 있다. 합텐이라고 불리는 아주 작은 분자는 항체 또는 B세포 수용체에 결합할 수 있지만 면역 반응을 일으킬 수는 없다(불완전한 면역원)

+  ability to combine specifically with the final products of immune response (ex, antibody)

 

4.   Immunogenicity

- : the ability to induce immune response (degree of immunogenicity depends on the degree of foreignness = phylogenetic distance)

면역에 사용되는 동물종의 면역응답을 자극하는 항원의 강도. 면역원성은 주로 항원의 크기 및 항원이 그 동물에 존재하는 경우에 항원결정기의 차이에 따라 좌우된다.

5.   Epitope

항체의 기능은 미생물과 결합하여 파괴를 촉진하거나 체외로 배출시키는일이고, 간염에 가장 효율적인 항체를병원체 표면에 노출되게 하여 분자에 결합할 수 있는데, 이때 항체가 결합하는 항원의 부위를 항원결정 부의 또는 에피토프라고 한다.

+항원의 수용체는 epitope, 항체의ligand는 paratope가 될 수 있다.

-(antigenic determinant): immunologically active of an immunogen

6.   Immunoglobulin G

- IgG is the most frequently used for immunotherapy - IgG size: 150 kDa : 2 H chain (50 kDa) + 2 L chain (25 kDa): linked by S-S bonds

면역글로블린 G(immunoglobulin G, IgG)이란? 

면역글로블린 중에 가장 많으며 혈액과 조직액 속에 비슷한 양이 들어있으며 다른 세포들이 외부의 세균을 찾아내 죽이는 것을 도우면서 세균을 둘러싼다. 정상적 범위는 혈액 100ml당 620-1400mg의 면역글로블린 G가 들어있음을 뜻한다.

   

 

체액 내에서 면역글로부린 G, M, A 등의 형태로 존재하며 항원과 결합하여 항원을 불활성화시키거나 면역을 형성하는 성질을 띄며,

이것은 우리몸에 침입해온 세균(항원:알레르겐)을 둘러싸서 그 것을 무력화시키고 자기 자체도 들어온 항원과 반응하여 항원-항체라는 특유의 면역 체계반응을 수행하게 된다.

cf any of five classes of proteins, all of which show antibody activity. The most abundant ones are immunoglobulin G (IgG) and immunoglobulin A (IgA)+ 면역글로블린은 바이러스나 박테리아 등의 외부 항원을 중화시키는 항체(antibodies)의 기능을 담당하는 당단백질(glycoproteins)이며 혈액이나 조직액(tissue fluids)에 들어있다.

(면역글로블린은 IgA, IgD, IgE, IgG, IgM 등이 있으며 단백질 전기이동법의 γ영역(γ-region)에 나타나기 때문에 감마 글로블린이라고도 한다.

 

cf 1. IgG

면역 글로블린 중 양이 가장 많은 항체 이다.

인간을 포함한 포유동물중 소의 초유에 가장 많은 양이 포함되어 있고, 바이러스, 세균을 싸워 없애는 일을 한다.

 

2. IgA

가장 강력한 항체입니다. 보통 혈액,눈물, 침 그리고 기관지의 분비물 중에 많이 포함되어 있다.

 

3. IgM

IgG와 같은 구실을 하는데, IgG보다 더 빨리 생산된다.

 

4. IgD

임파구 표면에 많이 있다.

 

5. IgE

편도선, 기관지, 소화관 등의 점막에 많은데, I형 알레르기의 원인 이다.

IgE항체는 보통 혈액중에 미량 포함되어 있는데, 알레르기 환자 때는 정상인의 40-50배로 증가한다.

 

7.   Fab

항원결합부위. 항체가 가지는, 항원의 항원결정기(antigenic determinant)와 결합하는 부분을 말하고 가변부위라고도 하며, 항원과 실제적인 결합을 하는 부분이다. 항원의 구조가 매우 다양하기 때문에 가변부위의 항원 결합부위도 매우 다양해야 할 것이다.

+ 항체는 크게 Fab 부분과 Fc 부분으로 나눠지며 이는 항체를 파파인(papain)이라는 펩티데이즈를 처리하여 나눠지는 항체 부분 (fragment)로 구분한 것이다.

Fab (fragment antigen-binding)은 항원의 구조를 인식하는데 중요한 부분으로 항체의 특이성을 결정한다. CDR(Complimentarity-determining region)을 가지고 있어 Fab sequence가 같다면 같은 단백질을 인지할것이라고 예상 할 수 있다.

 

-cf Functionally, Ab is divided into Fabs (antigen-binding fragments) and Fc region (effector function), which are linked via a flexible hinge region

8.   Fc

-cf Fc glycosylation is important for the interaction with FcγR

- 항체의 종류에 따라 다르며 이것으로 Ig G, Ig M, Ig E, Ig A 등을 구별할 수 있다.

Fc (fragment crystallizable)은 항체의 구조 형성에 중요한 부분으로 항체의 반감기를 증가시키고 항체가 기능하는데 있어서 중요한 역할을 한다. 많은 Receptor와 반응하여 Biological activity를 나타낸다.

+항체(IgG)는 침범한 세균이나 바이러스와 결합하여 침입자를 포획하거나 파괴하는 대식세포와 같은 백혈구를 활성화시키고 또한 다른 면역 반응들을 추가적으로 활성화시킨다. 대식세포 표면의 일부 수용체들은 항체의 Fc부분을 인식하여 결합한다. 이 항체의 Fc 수용체가 항체-항원 복합체(antibody-pathogen complex)와 결합하면 대식세포는 포식작용에 의하여 이 복합체를 잡아먹는다.

 

9.   Ig fold

   Ig 접힘(Fold) 구조는 베타 가닥들로 이루어진 한 쌍의 베타 판으로 구성되며 단백질 결합 특이성을 결정하는 고리에 의해 연결된다.

-cf (Ig fold): H chain: VH, CH1, CH2, CH3; L chain: VL, CL

+ 많은 면역 수용체는 면역글로불린 도메인을 포함한다

Cf 면역글로불린 수퍼패밀리의 단백질에는 면역계에서 기능하는 BCR, TCR, 접착 분자 및 기타 수용체 등이 포함된다.

 

 

10.CDR

     Y자 모양의 양 팔 끝은 항원결합부위인 가변부위V region이며 나머지는 불변부위C region이다. V region의 일부는 초가변부위HVR hypervariable region로서 상보적 결합부위CDR이라고도 한다. CDR과 CDR 사이의 부분은 FR framework라고 한다.

-cf The hypervariable regions are responsible for antigen recognition and referred to as complementarity determining regions (CDRs)

11.FR

CDR과 CDR 사이의 부분은 FR framework라고 한다.

-cf  The remaining V region amino acids act as a scaffold to support the loops and are referred to as framework (FR)

12.Paratope

항원은 항체의 타켓으로, 각 항체는 면역계의 세포가 항원과 접촉한 후 이에대응하기위하여 특이적으로 생산된다. 이로써 항원을 매우 정교하게 인식하여 반으으로 대응할 수 있게 되는데 에피토프 즉, 항원 결정기는 항체, B세포, 또는 T새포에 의하여 인식되는 항원의 부위이다. 예를들면 항원결정기는 항체가 결합하는 항원의 특정 단편이다. 항원 결정기에 결합하는항체 부위를 파라토프라고한다.

중쇄 경쇄에는 불변영역 및 가변영역이 포함되고 경쇄에존재하는 가변 영영ㄱ은특정 항원 결정인자에대한 결합 도메인(paratope)를 결정한다.

13.N-glycosylation

단백질이나 지질에 당이 효소반응으로 결합하는 과정.N-glycosylation: Asn의 amide nitrogen에 당이 결합

-ex An IgG contains two N-linked glycan chains attached to Asn297 of CH2 domain

N-linked glycosylation, is the attachment of an oligosaccharide, a carbohydrate consisting of several sugar molecules, sometimes also referred to as glycan, to a nitrogen atom (the amide nitrogen of an asparagine (Asn) residue of a protein), in a process called N-glycosylation, studied in biochemistry.

14.FcRn

- ex The interface between CH2 and CH3 binds to Protection Receptor (FcRn)

    FcRn is related to MHC Class I molecules - interacts in a pH dependent way (binding at pH 6.0, not at near neutral pH)

 Fc수용체(FcRn)는 점막표면을 덮고있는 양극화된 표피세포를 가로질러 면역글로불린G를 수송하는데 관여한다.

15.Effector function

-cf Functionally, Ab is divided into Fabs (antigen-binding fragments) and Fc region (effector function), which are linked via a flexible hinge region

Effector function: removal of the antigen and death of the pathogen - Phagocytosis - ADCC – CDC

항체가 항원가 결합하는 그 자체로 병원균을 죽이거나 제거하지는 못하며, 작동기능을 일으켜서 병균을 죽이거나 제거해야 한다.

+ 1. 옵소닌화가 항체에 의해 증강됨

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옵소닌화(opsonization)는 큰포식세포와 호중구의 포식활동을 증강시키는 것을 의미한다. Fc Receptor 또는 FcR이라고 불리는 Fc 수용체는 면역글로불린의 불변부위와 결합할 수 있는 단백질로서 큰포식세포와 호중구 뿐 아니라 포식세포가 아닌 다른 세포의 세포막에도 존재한다. 포식세포의 Fc 수용체에 세균 등의 항원과 결합한 항체의 Fc가 결합하면 항원인 세균과 포식세포가 연결되는 셈이 된다. 세포막의 FcR과 항체 Fc의 결합에 의하여 항원-항체 복합체를 포식하는 신호전달이 시작되는 것이다.

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2. 항체는 보체를 활성화시킴

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사람에게서 IgM과 대부분의 IgG 아형들은 보체(complement)라고 불리는 혈청 내의 당단백들을 활성화시킨다. 보체는 세포막에 구멍을 뚫을 수 있는 한 무리의 단백질들을 일컫는다. 보체가 활성화되면 C3b라는 단백 조각이 부산물로 생성되는데 근처의 세포나 항원-항체 복합체에 비특이적으로 결합한다. 적혈구나 큰포식세포 등 여러가지 세포들이 C3b에 대한 수용체를 가지고 있어서 수용체와 C3b가 결합하면 세균이나 복합체들은 포식된다.

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3. 항체-의존성 세포매개 세포독성

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항체가 바이러스에 감염된 세포 등과 같은 목표물과 자연 살해세포 등의 여러가지 세포 표면의 FcR을 연결시키면 작동세포들은 목표물을 향하여 살세포 활성을 나타내게 된다. 이 과정을 ADCC(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity)라고 부르는데, 이때 항체는 목표물을 찾아내는 역할을 하게 된다.

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4. 항체의 세포통과(transcytosis)

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항체가 호흡기나 소화기 혹은 비뇨기의 점막층을 통과하거나 모유로 분비되는 과정에는 항체의 상피세포 통과 과정이 필요하다 이러한 능력은 항체의 불변부위의 성질과 관계가 있으며 항체의 세포통과에 가장 대표적인 예로는 모체에서 태아로의 IgG 전달로 태아가 수동면역을 가지게 되는 것이다.

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16.FcγR

-cf cf Fc glycosylation is important for the interaction with FcγR

FcγR 수용체는 당단백으로 이루어져 있는데 이것이 특성에 따라 면역반응이 활성화되거나 억제된다. 즉, 활성 수용체와 억제 수용체 중 어는 것이 가동되는가는 면역 글로불린 당사슬 구조에 따라 결정되는 것이다. IgG당화가 진행될수록 활성 수용체인 FcγR

에 대한 친화력이 낮아지는 것으로 알려져 있다. 따라서 항원-항체 염증반응이 조절되어항염증상태가 된다 반면, IgG 당사슬에 결합이 있으면 FcγR에 대한 면역 반응이 가동되고, 염증 반응이 일어난다.

 

17.ADCC

- ex Cytolysis by NK (ADCC: Antibody-dependent cellular cytotoxicity)

항체 의존 세포독성(Antibody Dependent Cellular Cytotoxicity, ADCC): 항체가 결합된 항원세포가 NK세포에 의해 쉽게 사멸되는 것

ADCC의 경우, 암이나 비정상 세포는 정상세포에는 없는 특이한 표면항원을 발현하는데 이를 면역세포가 인식하여 항체를 생산하고 항체는 암세포나 바이러스에 감염된 세포 표면에 결합하여 apoptosis를 유도 한다.

18.ADCP

항원-항체 결합체가 형성되면, 면역세포(T 세포 또는 B 세포)가 활성화되면서 세포독성 및 식균작용을 한다.

- ex Phagocytosis by macrophage, DC (ADCP: Antibody-dependent cellular phagocytosis)

19.CDC

항원-항체 결합체가 형성되면, 연속적으로 보체 단백질들이 활성화되어 결국 세포막에 구멍을 형성함으로써 세포를 죽이는 기능을 한다. CDC는 세균 또는 암세포 표면에 결합하여 보체계(complement system)를 활성 화함으로써 세균나 암세포를 파괴한다. 항체의 Fc 부위에는 보체 분자(C1q)가 결합할 수 있는 부위가 있는데 이 부위에 C1q가 결합하면 classical pathway라 부르는 일련의 보체계 연쇄반응을 일으키고 궁극적으로는 세균 또는 암 세포 표면에 구멍을 만들게 되어 세포를 파괴하게 된다.

- CDC: complement-dependent cytotoxicity

20.Neutralization

항원의 작용을 방해하거나 불능화 시킨다

중화(neutralization) : 항원과 결합하여 항원이 세포에 접근하는 것을 막아준다. 박테리아의 독소나 바이러스와 같은 병원체들이 세포에 들어가서 증식하는 것을 예방하는 데에 효과적.

 

. Neutralization: binding1.antibody prevents viral absorption

                      2.antibody prevents bacterial adherence