[[분류:교과목]][[분류:필기]] ==생명과학의 거대한 스키마(schema)== 생명과학 수업에서 공통적으로, 기본적으로 많이 나오는 내용들이다. 김경민 쌤의 수업을 들을 때 알면 이해가 2배 쉬워진다. 다만 김경민 쌤의 수업을 듣는다면 어차피 아래의 용어들도 엄청나게 많이 들을 것이다. ===생명중심원리(Central Dogma)=== DNA => mRNA => protein[* 단백질] 아주 간단한 설명 : DNA는 유전 정보를 저장한다. 유전 정보는 단백질의 아미노산 서열에 대한 정보다. '''전사''' 과정을 통해 DNA를 RNA로 바꾼다. '''번역''' 과정을 통해 RNA를 단백질로 바꿈으로써 유전 정보가 기능을 가지게 된다. 좀 복잡한 설명 : DNA는 염기서열로 되어 있는데, 염기서열이 아미노산 서열을 함의한다. '''RNA 중합 효소'''가 프로모터에 붙어서 DNA 염기서열을 읽어나간다. 결국 DNA의 정보를 가지는 RNA 서열이 만들어지는데, 그 RNA를 '''mRNA'''라 하고, 그 과정을 '''전사'''라 한다. 전사된 mRNA를 '''라이보솜'''(리보솜, ribosome)이 읽어서 '''단백질'''을 만든다. 단백질의 입체 구조 덕분에 기능을 한다. 이 모든 과정 사이 사이에 개입하여 '''유전자의 발현을 조절'''할 수 있다. ===소수성 vs 친수성=== 생명과학에서는 '''소수성'''(지용성, 무극성, 비극성) 무리 VS '''친수성'''(수용성, 극성) 무리가 끊임없이 대립하고 반목한다. 이들은 자기끼리만 친하게 지내고 지들끼리만 붙어 있으려 한다. 생명은 이것을 적극적으로 이용한다. 소수성과 친수성을 이용한 생명 현상의 예 *세포막은 '인지질'이라는 소수성 물질로 되어 있어서 이온 같은 친수성 물질이 함부로 드나들지 못한다.[* 이온을 굳이 세포막 안으로 집어넣으려면 단백질로 된 통로를 만들어야 한다.] ===중요한 세포 내 구성요소들=== '''수용체'''(receptor)는 막에 박힌 단백질, 즉 막단백질의 일종이다. 세포 외부에 있는 물질과 반응하기 딱 좋은 구조로 되어 있다. 수용체의 작용 예 *항이뇨호르몬(ADH, 바소프레신)의 수용체는 항이뇨호르몬을 만나면 세포 안에서 여러 화학 반응들을 일으켜서 물이 많이 흡수되게 한다. '''효소'''는 (1) 자기 자신은 결과적으로 바뀌지 않으면서 (2) 생명체 내의 화학 반응해 참여해 (3) 반응을 도와주는(빠르게 하는) 물질이다. 주로 단백질이다.[* 단, 일부 효소는 RNA 혹은 RNA와 단백질이 합쳐진 형태인데, 이를 리보자임(ribozyme)이라고 부른다.] 인체의 '''모든''' 물질대사는 효소가 관여한다. 진짜로 모든 반응이 다 그렇다. 효소가 작용하는 물질을 '''기질'''(substrate)라고 한다. 또, 효소가 특별히 작용하는 부분들 각각을 도메인이라고 한다. 효소의 작용 예 *라이페이스는 지방을 기질로 하여 지방을 분해한다. ===세포 안팎으로 물질의 이동=== '''세포 내 유입'''(endocytosis)는 막이 접혀 들어가 엔도좀(endosome)을 형성하면서 특정 물질을 안으로 끌여들이는 것이다. 작은 분자량의 물질을 가져오면 음세포 작용(pinocytosis), 큰 분자량의 물질을 가져오면 식세포 작용(phagocytosis), 수용체를 이용해 세포 내 유입을 하면 수용체 매개 세포 내 유입(receptor mediated endocytosis)라 한다. ===특이성=== 기준에 따라 뭐는 되고 뭐는 안 되는 것이다. 생명과학에서는 보통 분자의 입체구조가 잘 들어맞는 것끼리 결합하고, 잘 안 들어맞으면 결합을 잘 못하는 것 때문이다. ==면역== 림프관이 모이는 부분을 림프절이라 명명 림프절에 많은 면역 세포가 존재 ex) 편도선 백혈구에는 많은 종류가 있음 호중구, 대식 세포, 수지상 세포, 림프구 등이 이에 속함 ===선천성 면역=== 점막, 분비액 => 라이소자임 식세포 => 대식세포 여러 병원체에 공통적으로 작용함 (비특이적 면역) 병원체의 공통적 특징(ex 펩티도글리칸)을 인지하는 수용체 존재 => 식세포 작용 발생, 이때 만들어지는 소낭이 파고좀 (식세포 작용=phagocytosis) 식세포 작용 이후 항원제시세포(APC, Antigen Presenting Cell)는 항원을 라이소좀에서 분해, MHC 단백질에 항원 조각을 제시 => 적응 면역 촉발 항원제시세포에는 대식세포, 수지상세포, (B림프구)가 속함 항원제시 효과는 수지상세포가 더 큼 MHC 유형 Ⅰ형: 핵, 모든 세포가 발현 Ⅱ형: APC만 발현 ====APC의 항원 제시==== T세포는 항원을 직접 인식할 수 없기에 APC에서 항원을 작게 쪼개는 처리 과정이 필요함 세포 외 단백질 항원(exogenous antigen)은 endocytosis로 유입, 라이소좀과 융합하여 분해된 후 MHC가 들어 있는 소낭과 융합하며 MHCⅡ와 결합함 이후 세포 표면에 제시됨 세포질 단백질 항원(endogenous antigen)(ex 바이러스에 의해 합성된 단백질)은 Proteasome에 의해 분해되어 거친면 소포체에서 MHCⅠ와 결합함 이후 세포 표면에 제시됨 분해될 단백질을 유비퀴틴화(유비퀴틴을 표지)하고 Proteasome이 분해 => Ubiquitin Proteasome System 수지상 세포와 같은 전문 APC는 외부에서 들어온 단백질 중 일부를 MHCⅠ에 제시함(cross presentation, 교차 제시) APC 실험 결과 endocytosis를 통해 소낭으로 유입되면 MHCⅡ, 세포질로 직접 들어오면 MHCⅠ에 제시됨 ===림프구=== 골수의 줄기세포에서 분화 naive cell (숫 T세포, 숫 B세포 등): 미분화 세포 B림프구: 골수에서 만들어져 골수에서 분화 항원과 직접 결합할 수 있음 단백질, 다당류, 지질과 모두 결합할 수 있음 T림프구: 골수에서 만들어져 가슴샘에서 분화 T림프구는 MHC에 제시된 것과만 상호작용 주로 단백질과만 결합할 수 있음 T_H (도움 T림프구, 보조 T림프구) (CD4^+) 보조 단백질 CD4 => MHCⅡ와 상호작용 다른 B림프구, T_C 의 활성화를 도움 T_C (세포독성 T림프구)(CD8^+, CTL) 보조 단백질 CD8 => MHCⅠ와 상호작용 분화 과정에서 수용체를 암호화하는 유전자의 재조합이 일어나며 림프구마다 가지고 있는 수용체가 무작위적으로 달라짐 이때, 자가면역 질환 방지를 위해 체내 세포의 항원에 반응하는 림프구는 죽임 (음성 선택) ===적응면역( =후천성 면역)=== 침입한 병원체에 대해서만 강력하게 나타남 (특이적 면역) 에피톱(epitope): 항원에서 항체가 결합하는 부위 사이토카인: 면역 세포가 분비하는 물질을 총칭 ====세포성 면역==== APC가 항원을 제시한 상태로 림프절로 이동하면 MHCⅡ에 제시된 항원과 상호작용할 수 있는 naive CD4+ 세포가 활성화됨 => 분화 (적응면역) 한편 APC는 MHCⅠ에도 항원 조각 제시 =>T_C가 이에 결합하여 활성화 이때 도움 T세포의 사이토카인이 T_C의 활성화에 영향을 줌 T_C의 활성화는 APC를 매개로 하여 발생 활성화된 세포독성 T세포는 감염세포의 MHCⅠ을 인지 => 퍼포린과 그랜자임을 분비하여 죽임 ====T세포의 공동 자극==== 면역 반응은 세포의 다양한 막단백질, 신호에 의해 복잡하게 작용 =>세포마다 다른 세포를 활성화시키는 정도, 상호작용이 다름 T세포의 활성화를 위해서는 항원 인지뿐만 아니라 다른 자극이 필요함, 이것이 공동자극자 대표적으로 B7-CD28 결합 선천면역반응 동안의 APC는 막단백질 B7 발현(B7의 발현 또한 다른 신호에 의해 달라짐) 이것이 T세포의 CD28에 반응 => T세포 활성화 ====체액성 면역==== B세포가 항원에 직접 반응 수용체 매개 세포 내 섭취를 통해 MHCⅡ에 항원 제시 여기에 T_H cell이 반응하여 사이토카인 분비 => B세포 활성화 이후 형질세포, 기억세포로 분화 형질세포는 항체를 분비함 기억세포는 이후 항원과 반응했을 때 빠르게 반응하여 형질세포로 분화함 ====항체==== 항체는 두 개의 무거운 사슬(중쇄)과 두 개의 가벼운 사슬(경쇄)로 구성됨 폴리펩타이드 간 결합은 이황화 결합 Fab(antigen binding)와 Fc로 구분 V_L, V_H: 항체의 가변 영역(각각 가벼운 사슬, 무거운 사슬) C: 불변 영역 식세포가 병원체에서 식세포 작용이 일어나기 위해서는 식세포 수용체에 결합 그런데 병원체가 피막에 둘러싸여 있어 결합이 어려움 항체가 병원체에 달라붙어 옵소닌으로 작용(옵소닌화) 식세포에는 항체의 Fc 수용체가 존재하기 때문에 면역 세포 활성화 감염세포는 주로 바이러스 감염 ====림프구 수용체 다양성==== B세포에서 가벼운 사슬 유전자는 3개의 조각으로 구성 V, J => 가변 영역(V) 암호화 C => 불변 영역(C) 암호화 미분화 B세포의 DNA에서 무작위로 선택된 V 조각과 J 조각 사이의 DNA는 제거됨 (sim 스플라이싱) 무거운 사슬의 V 사슬은 V, D, J 세 종류의 유전자로 구성됨 => B세포 다양성 ===암세포의 면역회피=== MHC 발현 저하, 면역 억제 분자 발현, 억제 환경 조성 등으로 면역 회피 T세포에는 PD-1 수용체 존재, 이는 억제성 수용체 이 리간드가 PD-L1 암세포는 PD-L1을 발현하여 면역 억제 CTLA-4: B7과 결합하여 공동자극을 차단하는 억제성 수용체 CD28보다 B7과의 친화력이 높아서 면역 반응 후기에 발현하여 면역 억제 암세포는 APC의 CTLA-4가 활성화되도록 하여 면역 억제 => PD-1, CTLA-4에 결합하는 항체를 주입하면 암세포의 면역회피를 막을 수 있음 암세포는 MHC의 발현을 억제하여 면역 억제 => 암세포 표면의 항원을 직접 인식하여 공격하는 T세포의 필요성 CAR-T cell T세포에 항체의 가변 영역을 결합시켜서 암세포를 직접 공격하는 T세포 제작 ===인식=== PAMP: 병원체 관련 분자 패턴 dsRNA (이중가닥 RNA), 플라젤린, 만난 등이 PAMP TLR(Toll-like receptor)은 선천성 면역 반응을 일으킴 대식 세포, 수지상 세포, 호중구 등에 많은 TLR 존재 염증반응: 비만 세포에서 히스타민 분비 => 혈관 확장 => 혈관 투과성 증가 => 케모카인이 다른 세포를 끌어들임 => 이화 작용으로 열 발생 사람의 MHC: HLA HLA는 사람마다 다름 (유전자가 다르니) 이로 인해 조직 이식 시 면역 거부 반응 적혈구는 핵이 없기에 MHC 발현 x 혈액은 이식 가능 항원 A 응집원 A A형: 응집원 A, 응집소 beta 혈장 성분 중 항체의 양은 매우 적기 때문에 소량 수혈의 경우 O형은 모든 혈액형에 수혈 가능 혈구 성분 중 적혈구의 양은 매우 많아서 AB형은 다른 혈액형에 수혈 불가능 H 항원에 다른 부위를 추가하는 효소가 늦게 발현할 수 있음(weak A, weak B) H 항원 효소 암호화 유전자가 존재하지 않을 수 있음 부모가 Hh(AA) Hh(BB)이면 자식은 hh(AB) 이어야 하지만 혈액형 검사 시 O형으로 나타남(Bombay O형) 여담) 장 내 미생물에서 항원을 끊는 효소 발견 => 혈액의 혈액형을 바꿀 수 있을 가능성이 보이나 아직까지는 연구가 부진함 ===항원항체반응의 활용=== * LFIA(Lateral Flow ImmunoAssay):측면유동면역분석법. * ELISA(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay): 항원항체의 특이적 결합을 이용하여 색 변화로 물질을 검출하는 기법. ====ELISA의 종류==== =====Direct ELISA===== * 항원을 plate에 고정 * 효소와 결합한 항체를 처리한 뒤 wash * if 항원이 존재: 항체가 항원과 결합하여 씻겨나가지 않음 * else: 항체가 씻겨나감 * 기질을 처리하면 항원이 존재할 경우 빛이 남 =====Indirect ELISA===== * 항원을 plate에 고정하고 1차 항체 처리 * 1차 항체의 Fc 부위에 결합하는 2차 항체 처리, 이때 2차 항체는 1차 항체의 여러 부위에 결합 가능(multiclonal)하며, 1차 항체보다는 종에 따라 형태가 달라진다. => 신호 증폭 =====Sandwich ELISA===== * capture 항체를 plate에 고정 * 항원을 포획하고 항원의 다른 에피톱에 결합하는 detection 항체 처리 => 다른 방법들에서 항체가 plate에 달라붙는 문제 해결, 높은 특이성. but 두 항체가 필요하여 단가가 높음 =====Competitive ELISA===== * 검출하고자 하는 표준 항원을 plate에 미리 고정 * 그 후에 항체와 시료를 넣음, 표준 항원과 시료 항원이 경쟁적으로 작용, 그 후 wash * if 시료에 항원이 많음: 미리 고정한 표준 항원에 항체가 조금 결합함 * else: 미리 고정한 표준 항원에 항체가 많이 결합함 * 기질을 처리하면 시료 항원이 적을수록 신호가 커짐 => 낮은 농도의 항원을 잘 검출할 수 있음, 그래프가 비선형적으로 나타남
