면역계가 병원체를 인식하는 방법, PAMP : Oldowan

PAMP

면역계가 동물의 몸을 지켜내기 위해서는
1. 병원체를 인식하거나 (PAMP)
2. 자기 자신의 일부가 파괴된 것을 인식하는 시스템이 있어야 합니다. (DAMP)

Pathogen-associated molecular pattern (PAMP)

동물체는 자기의 몸에서 병을 일으킬 수 있는 세균이나 바이러스, 기생충 등을 탐지할 수 있어야 합니다. 탐지를 해야 그것들로부터 몸을 방어할 수 있기 때문입니다.

그러나 세상에는 우리가 셀 수 없을 만큼 다양한 세균과 바이러스가 존재합니다. 이런 다양한 것들을 동물체는 탐지해낼 수 있을까요?

셀 수 없이 많은 종의 병원체들은 공통적인 몇 가지 특징들이 있습니다. 동물체에는 존재하지 않는 분자를 생산해냅니다. 이들을 Pathogen-associated molecular pattern, 줄여서 PAMP라고 합니다. 병원체와 연관된 분자 패턴이라는 뜻이지요.

PAMP의 4가지 종류와 그들이 어떻게 PAMP로 인식되는지 소개하겠습니다.

1. 세균의 LPS

Lipopolysaccharide(LPS, 지질다당)는 지질과 다당의 공유결합으로 이루어진 분자입니다. 그람 음성 세균의 외막을 구성하고 있지요.

동물세포의 TLR4라는 단백질은 LPS와 결합하여 연쇄적인 화학반응을 시작합니다. 그 화학 반응은 세균 감염 시 면역계의 작동 시작을 알리는 신호가 되지요.

2. 세균의 peptidoglycan

Peptidoglycan은 세균의 세포벽을 구성하는 물질입니다. 다당류에 펩타이드 사슬이 결합한 압력에 강한 고분자이지요. 세균 내부는 각종 단백질, 이온들로 차있습니다. 압력에 강한 peptidoglycan 세포벽이 없었다면 삼투 현상에 의해 물이 세균 내부로 들어와 모든 세균이 부풀다가 터졌을 겁니다.

동물 세포에는 peptidoglycan이나 LPS가 존재하지 않기 때문에 동물체의 면역계는 이들을 PAMP로 인식합니다.

동물체의 TLR, CD14, NOD 단백질은 peptidoglycan과 결합하여 마찬가지로 연쇄적인 화학 반응을 합니다. 역시 면역계를 작동시키는 신호입니다.

3. 세균의 DNA

세균의 DNA는 동물 세포의 DNA와 그 구조가 다릅니다.

DNA에는 CpG라는 부위가 존재합니다. C(cytosine)과 G(guanine)이 p(인산)으로 200bp 이상 반복되어 연결된 부위입니다.

동물세포의 cytosine은 약 70%가 메틸기와 결합해있는 반면, 세균의 CpG는 메틸화되지 않은 상태입니다. 메틸화되지 않은 CpG를 동물체가 인식하면 면역계가 발동합니다.

동물 세포와 세균은 G도 다릅니다. 세균의 DNA는 deoxyguanosine을 포함하기 때문에 동물체는 이를 인식하여 면역계를 발동할 수 있습니다.

TLR9가 세균의 DNA와 결합하면 면역 세포에서 IL-6, TNF-α가 분비되어 염증 반응이 시작됩니다.

4. 바이러스의 핵산

바이러스는 동물 세포의 각종 물질을 이용해 바이러스의 단백질과 핵산을 생산합니다. 이 과정은 동물 세포 내부에서 일어나기 때문에 동물체가 바이러스 침입을 인식하기 쉽지 않습니다.

그러나 동물의 TLR9는 바이러스 DNA의 메틸화되지 않은 CpG를
TLR7과 TLR8은 바이러스의 ssRNA와 결합하여 인식할 수 있습니다.