항체의 구조 및 종류

항체는 B 세포로부터 분화된 형질세포에서 방출된다. 항체는 두 가지 주요 부분을 가짐으로써, 면역 방어에서 두 가지 기능을 수행한다. 첫 번째로 항체는 항원을 인지하는 기능을 하는 부분(가변 영역, variable region)을 가짐으로써, 외래 물질(항원)을 인지하여 결합하는 기능을 한다. 항원은 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산 등 거의 모든 물질이 될 수 있다. 항원은 미생물, 기생충과 같은 감염성 생명체, 음식과 같은 섭취된 물질, 꽃가루처럼 흡입한 물질, 이식한 기관 및 조직, 또는 우리 몸의 일부(자가항원)가 될 수 있다. 두 번째로 항체는 효과기 부분(불변 영역, constant region)을 가짐으로써, 항체로 뒤덮인 외래 물질에 결합하여 단백질 보체계, 호중구와 대식세포와 같은 면역세포에 의한 식균 작용, NK 세포에 의한 항체 의존성 세포성 세포독성과 같은 복합체 제거 기전을 유발하고, 이를 통해 외래 물질의 제거를 유도하는 기능을 한다.

항체의 기본 구조

항체의 기본 구조는 2개의 동일한 중쇄(heavy chain, H) 및 경쇄(light chain, L)로 이루어진 4개의 사슬 구조로, 사슬 간 이황화 결합에 의해 결합되어 있고, 3개의 단위 구조로 배열되어 있다. 단위 구조는 항원과 결합하는 2개의 동일한 Fab(항원 결합 단편, fragment antigen biding) 단위 및 효과기 분자와 결합하여 항원을 제거하거나 모체-태아 간 수송 기능을 수행하는 Fc(결정화 단편, fragment crystallizable) 단위이다.

항체의 종류

항체는 면역글로불린(immunoglobulin, Ig)으로 불리며, γ, μ, α, δ, ε라 불리는 중쇄의 차이에 따라 IgG, IgM, IgA, IgD, IgE의 5종이 있다. 가장 큰 차이점은 Fc 부위에 있으며, 이 부분이 항원과 결합한 항체가 서로 다른 효과기 기능을 일으키도록 한다.

IgG 구조

구조 및 기능이 가장 잘 알려져 있고 혈청 내 주된 항체인 IgG의 구조를 살펴보면, 경쇄는 카파(κ)와 람다(λ)의 두 가지 형태로 존재한다. 사람의 경우 카파 사슬이 람다 사슬보다 더 일반적이다. 중쇄는 서브클래스(subclass)로 나눌 수 있고 그 수는 종에 따라 다를 수 있다. 사람의 경우 γ1, γ2, γ3, γ4로 구성된 서브클래스가 있고 이에 따라 IgG1, IgG2, IgG3, IgG4의 서브클래스로 나뉜다. 경쇄 및 중쇄의 N-말단 약 100 아미노산 잔기에서 상당한 서열변이가 나타나는 가변 부위가 있고, 이 부위 내 상대적으로 변이성이 극도로 높은 짧은 서열의 과가변 부위(hypervariable region)가 있다. 경쇄와 중쇄에 과가변 부위가 각각 3개 존재하고, 이를 상보성 결정 부위(complementarity determining region, CDR)라 부른다. IgG는 내부 이황화 결합을 포함하는 12개의 유사 부위 또는 영역(domain)으로 이루어져 있다. 경쇄의 경우 상기 가변 서열 부위에 해당하는 VL 영역 및 불변 서열 부위에 해당하는 CL 영역으로 이루어져 있다. 중쇄의 경우 Fab에 VH 영역 및 CH1 영역이 경첩(hinge) 부위를 통하여 Fc에 CH2 영역 및 CH3 영역과 결합된 4개의 영역으로 이루어져 있다. Fab의 N-말단에 있는 VL 영역 및 VH 영역이 항원 결합 특징을 나타내고, Fc의 CH2 영역 및 CH3 영역이 효과기 분자 결합 특징을 나타낸다. 즉, Fab 단편은 VH 영역 및  VL 영역, 그리고  CH1 영역 및 CL 영역이 한 쌍을 이룬다. Fc 단편은 2개의 CH2 영역 및 2개의 CH3 영역으로 이루어져 있다. 2개의 CH2 영역은 가까운 상호작용 없이 서로 간의 제한적 접촉을 가지는 2개의 가지 친 N-결합 탄수화물 사슬을 사이에 두고 있고, 2개의 CH2 영역은 전형적으로 쌍을 이루고 있다.

IgG의 서브클래스는 경첩 부위의 특성과 길이 면에서 큰 차이를 보인다. IgG3는 경첩이 확장되어 Fc 길이가 거의 2배가 되도록 하여 Fab 부분들을 Fc로부터 멀어지도록 한다. IgG2 및 IgG4는 경첩이 짧고 간결해 Fab와 Fc가 서로 가까이 존재하도록 한다. IgG는 단량체(monomer)로, 혈청(~12 mg/ml) 및 비점막 조직에 가장 많이 존재하고, 병원체를 직접 또는 보체와 Fc 수용체 등의 효과기 유발 분자와의 상호작용을 통해 불활성화 하는 기능을 한다. 병원체의 표면에 IgG가 서로 밀집하게 되면 C1q 보조 구성요소를 통해 C1 보체 분자의 결합을 유도한다. IgG 서브클래스 중에서 IgG1 및 IgG3이 보체 반응을 가장 잘 촉발하고, IgG2는 박테리아 표면상의 탄수화물 항원과 같은 높은 밀도의 항원에 대해서만 보체 반응을 촉발하며, IgG4는 보체 반응을 촉발하지 못한다.

IgM은 오량체(pentamer)로 혈청(~1.5 mg/ml)에서 발견된다. 소위의 IgM은 육랑체(hexamer)를 형성할 수 있다. IgM은 경첩 부위 대신 하나의 추가적인 불변 영역을 가지며, 보체 활성화에 기여한다. Multivalent 항원에 IgM이 결합하면 형태가 변형되어 C1q가 결합하는 부위가 노출되어 보체의 고전 경로가 촉발된다.

IgA는 세 가지 용해성 형태를 갖는다. 단량체인 IgA1과 2개의 단량체가 하나의 추가 폴리펩타이드에 의해 연결된 형태의 이량체인 IgA2는 혈청(~3 mg/ml)에서 발견되고, 90%는 단량체, 10%는 이량체(dimer)로 나타난다. IgA2는 IgA1보다 훨씬 짧은 경첩을 지니고 박테리아가 분비하는 단백질 분해효소의 공격에 더 저항성을 보인다. 또한, 이들은 특이적인 Fc 수용체를 통하여 병원체를 효과기 세포에 연결하는 기능을 한다. 세 번째 형태는 분비성 IgA로 이량체 IgA와 분비성 구성요소로 알려진 하나의 추가 단백질로 구성되며 장점액, 젖, 초유, 눈물에서 발견된다. 분비성 IgA는 미생물로부터의 공격에 대해 몸의 점막 표면을 보호하는 기능을 한다.

IgE는 단량체로 혈청 내에 아주 적은 농도(0.05 μg/ml)로 발견된다. IgE는 IgM과 마찬가지로 경첩 부위 대신 하나의 추가적인 불면 영역을 가진다. IgE에 항원이 결합하면 IgE Fc 수용체를 crosslink 하여 면역반응을 보조하는 급성 염증반응을 촉진한다.

IgD는 긴 경첩 부위를 가지는 단량체로 혈청(30 μg/ml)에서 발견된다. IgD는 보체 활성화보다는 림프구 활성 및 억제 조절 작용을 하는 것으로 알려져 있다.