T 림프구 발달 09

T 림프구 발달

 초기 가슴샘세포의 발달

 양성선택과 음성선택

 계통 결정

 가슴샘으로부터의 퇴장과 최종 성숙

 자기관용을 유지하는 기타 방법

 세포자멸사

09

서론 ⁽²⁸³⁾

 다양한 TCR 레퍼토리를 가진 T 림프구는 가슴샘에서 생성됨

 가슴샘을 빠져나가는 성숙한 T 림프구의 특성

 수용체의 항원특이성을 가짐(다양한 레퍼토리)

 자기관용적임

 자기-MHC 제한을 받음

 가슴샘에서 미성숙 T 림프구는 초기 발달과정에서 수용체의 항 원특이성의 다양한 레퍼토리를 가지게 됨 (9.1)

 가슴샘의 기질세포와의 상호작용(선택과정)을 통해 자기제한 적이고 자기관용적인 T 림프구들만이 말초로 빠져나감

 자기-MHC 분자에 반응하는 TCR을 가진 세포를 선택함 (양성선택)

 자기-펩티드/MHC 복합체에 강하게 반응하는 TCR를 가진 세포는 선 택하지 않음 (음성선택)

(Pre-Tα)

↓

10-1 초기 가슴샘세포의 발달 ⁽²⁸⁵⁾

 골수에서 가슴샘으로 이동한 T 림프구 전구세포 가 이중음성 단계2

^(DN2)

에서 T 림프구 계통이 됨

(9.1)

 가슴샘세포에서 Notch 리간드가 발현될 때 T 림 프구로의 분화가 결정됨

^(9.2)



전사인자 GATA-3가 Notch-매개성 T 림프구 결정에 중 요한 요인임

1. 가슴샘세포는 4개의 이중음성단계를 거쳐 발달한다 ⁽²⁸⁵⁾

 T 림프구 발달은 시·공간적으로 섬세하게 이루어짐

 서로 다른 T 림프구 발달 단계는 막결합 신호나 수용성 신호를 제공 하는 특정적인 미세환경에서 이루어짐

 가슴샘에서 처음 출현하는 T 림프구는 CD4와 CD8을 발현하지 않음 [이중음성(double-negative, DN) 세포]

 DN T 림프구는 세포막에 발현되는 분자들에 따라 4개의 아집 단(DN1~DN4)으로 세분됨 (표9.1)

 DN1 세포는 가슴샘으로 들어가 증식하여 다양한 세포 유형으로 분화 할 수 있음

 DN2 세포는 TCR β, γ, δ 사슬 유전자를 재배열함 (T 림프구 계열 확 립)

 DN3 세포는 TCRγδ T 림프구 계통과 TCRαβ T 림프구 계통을 결정함

 DN4 세포는 TCRα 사슬 유전자를 재배열함

 DN4 세포는 CD4와 CD8을 발현한 이중양성(DP) 가슴샘세포 로 성숙함

2. 가슴샘세포는 TCRαβ나 TCRγδ을 발현할 수 있다 ⁽²⁸⁶⁾

 가슴샘에서 T 림프구는 크게 2종류가 생성됨

 TCRαβ T 림프구는 적응면역반응 대부분에 참여함

 TCRγδ T 림프구는 점막과 피부의 감염에 대한 방어에 중요 함

 성숙한 가슴샘세포의 대부분

^(99.5%)

은 αβ T 림프구임

 γδ T 림프구는 태아 발달에서 먼저 생산되고 출생 이후에 생산이 감소함 (9.3)

 4종류의 TCR 사슬의 각 유전자의 생산적 재배열에 따라 γδ T 림프구나 αβ T 림프구가 될지 결정됨

 β, γ, δ 유전자 자리의 재배열은 DN2 단계에서 시작됨 (9.1)

3. DN 가슴샘세포는 β-선택을 거쳐 증식하고 분화한다 ⁽²⁸⁴⁾

 TCR β 사슬의 생산적 재배열을 마친 DN 가슴샘세포는 β- 선택 과정에 의해 식별되어 증식함

 이 단계에서 (TCRα 사슬의 대리 역할을 하는) Pre-Tα 사슬이 발 현되어 β 사슬, CD3 복합체와 함께 조립됨 (Pre-TCR)

 Pre-TCR을 통한 신호로 가슴샘세포에서 일련의 반응들 이 일어남 (9.4a)

 DN4 단계로 성숙함

 가슴샘의 피막하겉질에서 빠르게 증식함

 TCRβ 사슬 유전자의 대립유전자배제가 일어남

 CD4⁺CD8⁺ 이중양성(DP) 단계로 발달함

 DP 세포의 증식 정지

 TCRα 사슬의 재배열

 TCR 사슬이 생산적 재배열되어 pre-Tα을 대치함 (TCR)

 DP TCRαβ T 림프구는 두 번째 성숙 단계(가슴샘선택)를 거침

10-2 양성선택과 음성선택 ⁽²⁸⁸⁾

 TCRαβ/CD3를 발현한 DP T 림프구는 가슴샘선택 과정에 의해 TCR 레퍼토리를 형성함

 가슴샘의 기질세포들은 돌기를 많이 가지며 제1형과 제2형 MHC 분자를 높은 수준으로 발현함 ^(9.5)

 가슴샘세포들의 TCR과 가슴샘겉질의 기질세포 표면에 제시된 펩티드-MHC와의 친화력에 따라 TCR 레퍼토리가 결정됨 ^(9.4b)

 자기 MHC 분자에 낮은 친화력으로 결합할 수 있는 수용체를 가 진 가슴샘세포들은 양성선택되어 생존함 (MHC 제한이 생김)

 양성선택되지 않은 세포는 세포자멸사함

 자기 MHC-펩티드 복합체에 높은 친화력으로 결합할 수 있는 수 용체를 가진 가슴샘세포들은 음성선택되어 세포자멸사함 (자기관 용이 생김)

 2~5%의 가슴샘세포만이 성숙 T 림프구로서 가슴샘을 빠 져나감

1. 가슴샘세포는 가슴샘에서 MHC 제한을 배운다 ⁽²⁹⁰⁾

 T 림프구 레퍼토리 선택과정에서 가슴샘의 역할 에 대한 실험적 증거

(Zinkernagel 팀의 실험)



가슴샘의 MHC 일배체형과 동일한 (LCMV 바이러스에 감염 된) 표적세포를 인식하여 살해함 (9.6)

 가슴샘의 MHC 일배체형이 T 림프구의 MHC 제

한을 결정함

2. T 림프구는 양성선택과 음성선택을 거친다 ⁽²⁹⁰⁾

 가슴샘 기질세포들의 특징

 세포들은 돌기를 많이 가져 발달 중인 가슴샘세포들이 접촉할 수 있게 함

 세포들은 제1형과 제2형 MHC 분자를 높은 수준으로 발현하여 발 달 중인 가슴샘세포의 TCR과 상호작용할 수 있게 함

 세포들은 정상적인 대사과정을 통해 세포 내·외에서 얻은 자기-펩 티드를 제시함

 가슴샘세포는 가슴샘의 겉질을 통과하면서 기질세포들과 의 접촉을 통해 기질세포들 표면의 서로 다른 펩티드-

MHC 복합체를 TCR의 다양한 친화력으로 인식함

 TCR이 기질세포의 펩티드-MHC 복합체를 인식하지 못한 가슴샘 세포는 사멸함

 TCR이 기질세포의 펩티드-MHC 복합체를 강하게 결합한 가슴샘 세포는 음성선택되어 사멸함

 TCR이 기질세포의 펩티드-MHC 복합체를 약하게 결합한 가슴샘 세포는 양성선택되어 단일양성(SP) 세포로 성숙함

3. 양성선택은 MHC 제한을 보장한다 ⁽²⁹¹⁾

 새로 생성된 가슴샘세포가 자신의 TCR로 기질세 포의 펩티드-MHC 복합체를 결합하지 못하면 양 성선택을 통과하지 못하고 3~4일 내에 사멸함



기능적 TCRαβ를 만들어내지 못한 경우



TCRαβ의 친화력이 너무 작은 경우

 양성선택을 통과한 가슴샘세포의 TCR 친화력은 적당함



세포의 사멸을 방지하는 신호를 받게 됨(?)

4. 음성선택은 자기관용을 보장한다 ⁽²⁹²⁾

 자기-MHC/자기-펩티드 조합에 높은 친화력을 가 지는 자기반응성 DP 가슴샘세포는 음성선택을 통해 죽음



자기반응성 클론의 레퍼토리를 제거하여

중추면역관

용

을 만들어냄

1) 조직 특이적 항원에 반응하는 가슴샘세포의 제거 ⁽²⁹²⁾

 조직 특이적 항원에 자기반응을 하는 T 림프구를 제거하는 기전



가슴샘은 전신 세포에 걸친 단백질을 발현하고 처리하 여 제시하는 능력을 가짐

 가슴샘의 속질상피세포는 자가면역조절자

(autoimmune regulator; AIRE)

단백질을 발현함



AIRE 단백질은 전사인자의 특징을 가짐



AIRE 단백질이 특정 장기에서 발견되는 단백질을 발 현하고 처리하여 제시함

2) 중추면역관용의 다른 기전 ⁽²⁹³⁾

 가슴샘에서 세포사멸이 동반되지 않는 음성선택 이 있음



자기반응 TCR을 발현하는 가슴샘세포의 성숙을 막음 (클론 정지)



자기반응 세포가 불활성화됨 (클론면역무반응)



자기반응 세포가 두 번째나 세 번째 TCRα 유전자를 재 배열함 (클론편집)

3) 초항원 ⁽²⁹³⁾

 초항원

(superantigen)



T 림프구의 TCR의 Vβ 영역과 항원전달세포의 제2형 MHC 분자의 α 사슬에 동시에 결합하는 바이러스나 세 균의 단백질 (a)

 초항원의 기능



T 림프구의 활성화를 유도함



DP 가슴샘세포의 음성선택을 유도함

(a)

5. 선택역설: 왜 양성선택된 모든 세포를 없애지 않는가? ⁽²⁹³⁾

 MHC-의존적 양성선택과 음성선택의 역설



양성선택은 자기 MHC 분자와 반응하는 가슴샘세포만 생존하게 함



음성선택은 자기 MHC 분자와 반응하는 가슴샘세포를 제거함

 선택 역설을 설명하는 모델 (친화력 가설) ^(9.7)



약한 친화력 신호를 받는 DP 가슴샘세포는 양성선택 되어 생존함



높은 친화력 신호를 받는 DP 가슴샘세포는 음성선택 되어 제거됨



신호를 받지 않는 DP 가슴샘세포는 무시에 의해 사멸 됨

친화력 가설의 실험적 증거 ⁽²⁹³⁾

 Hogquist가 친화력 가설에 관한 실험적 증거를 제 시함

(9.8)

①

TAP 단백질이 결손된 돌연변이 마우스에서 가슴샘을 얻어 기관배양함 (제1형 MHC 분자의 결합틈새는 비 어있음)

②

친화력이 서로 다른 ovalbumin 펩티드를 배양액에 함께 첨가하여 MHC 분자에 결합시킴

③

ovalbumin 펩티드를 인식하는 형질전환 TCR을 가진 CD8⁺ T 림프구를 배양 중인 가슴샘과 반응시켜 T 림 프구의 선택을 확인함

TCR/MHC/펩티드 상호작용의 강도가 세포의 운명에

영향을 줌

6. 대안 모델로 가슴샘 선택역설을 설명할 수 있다 ⁽²⁹⁶⁾

 Marrack과 Kappler가 선택역설에 대한 대안적 가 설을 제시함 (변환 펩티드 모델)



양성선택을 일으키는 겉질 상피세포가 생산하는 고유 의 펩티드는 음성선택을 일으키는 (속질) 상피세포가 생산하는 펩티드와는 다름



고유한 펩티드/MHC에 양성선택된 가슴샘세포가 (속 질에서) 음성선택되는 것을 방지함

7. 양성선택과 음성선택의 시기 ⁽²⁹⁶⁾

 가슴샘세포는 겉질에서 양성선택을 겪음

 양성선택된 가슴샘세포는 DP에서 SP으로의 변

화단계에 있는 “반-성숙” 가슴샘세포에서 속질에

서 조직특이적 항원에 대한 음성선택을 겪음

10-3 계통 결정 ⁽²⁹⁶⁾

 가슴샘세포는 자기항원에 대한 TCR 친화력에 기 초하여 선택됨에 따라 세포계통결정으로 이어짐

 양성선택된 DP 가슴샘세포는 CD8

⁺

세포독성 T 림프구 계통이나 CD4

⁺

조력 T 림프구 계통으로 결정됨

 계통결정에 필요한 변화



한 보조수용체의 억제(CD4 또는 CD8)



특정계통 기능과 관련된 유전자의 발현

1. 계통결정을 설명하는 여러 가지 모델이 제시되었다 ⁽²⁹⁶⁾

 보조수용체(CD4, CD8)와 TCR 선호도를 맞추는 기전을 시험하는 2가지 모델이 제시됨

 교육 모델, 확률 모델

 TCR/CD4와 TCR/CD8의 결합이 고유한 발달단계를 시작 하는 특정 신호를 생성함 (교육 모델; instructive model) (9.9a)

 가슴샘세포가 무작위로 제1형 MHC 분자에 대한 친화력을 갖는 TCR을 만들었다면 TCR과 CD8이 함께 제1형 MHC 분자에 결합 하여 CD4의 발현을 억제하는 신호를 발생함 → CD8 T 림프구

 가슴샘세포가 무작위로 제2형 MHC 분자에 대한 친화력을 갖는 TCR을 만들었다면 TCR과 CD4가 함께 제2형 MHC 분자에 결합 하여 CD8의 발현을 억제하는 신호를 발생함 → CD4 T 림프구

 양성선택된 가슴샘세포가 무작위로 CD4나 CD8의 발현 을 저하시킴 (확률 모델; stochastic model) (9.9b)

역동 신호모델 ⁽²⁹⁶⁾

 가슴샘세포가 받는 TCR과 보조수용체 신호의 강 도와 길이가 (MHC에 대한 특이성보다) 세포의 운 명 결정에 영향이 더 있음을 확인함

 역동신호 모델

(kinetic signaling model)



CD4나 CD8 계통결정은 가슴샘세포가 받는 TCR 신호 의 지속성에 기초함 (9.9c)



양성선택된 가슴샘세포는 CD8 발현을 감소시킴



TCR/CD4/제2형 MHC 상호작용 신호가 지속되면 CD4 T 림프구로 발달함



TCR/CD4/제2형 MHC 상호작용 신호가 방해되면 IL-7 신호에 의해 CD4 T 림프구로 발달함

2. DP 가슴샘세포는 다른 종류의 세포로 결정될 수 있다 ⁽²⁹⁸⁾

 소수의 DP 가슴샘세포가 다른 종류의 세포로 결정될 수 있음

 NKT 세포, 상피내림프구, 조절 T 림프구

 NKT 세포

 불변 TCRα 사슬을 발현함 ^(7.18)

 불변 TCR은 CD1 분자와 상호작용함

 상피내 림프구

 대부분 CD8⁺ T 림프구임

 점막을 돌아다님

 조절 T 림프구

 자가면역반응을 억제함

10-4 가슴샘으로부터의 퇴장과 최종 성숙 ⁽²⁹⁸⁾

 선택과정을 통과하고 계통이 결정된 가슴샘세포 는 휴지기로 들어가 가슴샘을 빠져 나감

 TCR의 양성선택이 전사인자 Foxo1을 상향조절 함 → Foxo1은 IL-7R와 CCR7을 상향조절함



IL-7R은 T 림프구의 생존을 유지함



CCR7은 성숙한 T 림프구의 림프절로의 이동을 유도 함

 최근 가슴샘이주세포

(recent thymic emigrant; RTE)



가슴샘을 빠져나간 성숙한 T 림프구

10-5 자기관용을 유지하는 기타 방법 ⁽²⁹⁹⁾

 가슴샘세포의 음성선택은 자기항원과 자가면역 조절자 단백질

^(AIRE)

에 의한 조직특이 항원에 대한 친화력이 높은 T 림프구를 제거함



가슴샘에서의 음성선택은 완전하지 않음 → 자기반응 T 림프구가 음성선택을 회피할 수 있음

 말초에서 조절 T 림프구가 자가면역을 회피할 수

있음

1. 조절 T 림프구는 면역반응을 억제하도록 조절한다 ⁽²⁹⁹⁾

 조절 T 림프구(T_REG cell)의 특징

 다른 T 림프구 집단의 증식을 억제함

 세포 표면에 IL-2 수용체의 α 사슬(CD25, CD4)을 발현함

 가슴샘에서 전사조절자 FoxP3에 의하여 전구세포로부터 발달하여 말초에 분포함

 조절 T 림프구는 말초에서 자기반응성 T 림프구에 의한 면역반 응을 억제함 ^(9.10)

 APC 세포가 T 림프구를 활성화시키는 능력을 억제함

 직접 T 림프구를 사멸시킴

 국소환경에서 사이토카인(IL-2)을 제거함

 사이토카인(IL-10, TGF-β)을 분비하여 T 림프구의 활성을 억제함

 조절 T 림프구의 임상적 의미

 조절 T 림프구의 활성을 억제하여 백신에 의한 면역반응을 강화하는 데 유용함

 조절 T 림프구의 활성을 증가시켜 알레르기나 자가면역질환을 치료 하는 데 유용함

2. 말초면역관용 ⁽³⁰⁰⁾

 말초에서의 면역관용도 자기반응 가슴샘세포로 부터 자신을 보호함

 말초에서 일부의 APC 세포만이 면역반응을 개시 하는 데 필요한 보조자극분자를 발현함

 말초

^{(예; 신장)}

에서 비전문 항원전달세포는 보조자 극신호 리간드를 발현하지 않음



비전문 항원전달세포에 있는 MHC/자기 펩티드 조합을 만나는 자기반응 숫 T 림프구는 정확한 보조자극신호 를 받지 못하여 분열과 분화를 하지 못함



신장세포는 CD4⁺ T 림프구나 CD8⁺ T 림프구의 활성화 에 필요한 보조자극신호 리간드를 발현하지 않음

10-6 세포자멸사(세포예정사) ⁽³⁰⁰⁾

 T 림프구와 B 림프구의 발달 동안에 일어나는 두 드러진 특징임



항원수용체 유전자의 재배열이 비생산적으로 일어난 경우 → 항원수용체를 가진 림프구만 생산됨



자기항원에 반응하는 항원수용체게 생산된 경우 → 자 가면역반응을 억제함

 면역세포의 항상성 조절에 기여함



감염되어 림프구가 확산된 경우에 림프구의 수준을 적 절하게 유지함

 세포독성 T 림프구나 NK 세포가 표적세포를 살해

하는 방법임

1. 세포자멸사는 염증반응 유발없이 세포를 사멸시킨다 ⁽³⁰¹⁾

 세포자멸사는 세포 자신의 소멸을 이끄는 에너지 -의존적인 과정임



손상이나 독성으로 인해 세포가 사멸하는 세포괴사와 다름 (9.11)



세포막 파괴가 없이 세포 내용물을 해체함 → 염증반응 을 유발하지 않음

 세포자멸사의 형태학적 특징



세포부피가 감소함



세포골격의 변형으로 세포막의 물집형성



염색질의 농축



DNA 분해와 파편화

2. 세포자멸사 개시 자극들은 카스페이즈를 활성화한다 ⁽³⁰¹⁾

 림프구를 사멸시키는 다양한 신호들은 모두 caspase를 활성화시킴

 세포사멸 경로에는 2종류의 caspase가 포함됨

 개시 카스페이즈(initator caspase), 작동 카스페이즈(effector caspase)

 세포사멸 프로그램

 세포의 생존에 필요한 결정적인 표적(예: 세포골격 단백질)을 분해함

 세포 분해를 수행하는 다른 효소들을 활성화시킴

 작동 caspase를 활성화시키는 방법에 따라 2 경로로 구별 됨

 내인성 경로

 외인성 경로

3. 말초 T 림프구를 세포자멸사 시키는 외인성 경로 ⁽³⁰¹⁾

 가슴샘 밖의 말초에서 대부분의 성숙한 T 림프구 는 세포막에 연관된 사멸수용체(Fas)를 통해서 유도됨 [외인성(Fas) 경로]

①

TCR을 통한 말초 T 림프구의 자극이 반복되거나 지 속되는 경우에 T 림프구에 Fas와 Fas 리간드(FasL) 가 발현됨 ^(9.12a)

②

FasL와 상호작용한 Fas에 의해 개시되는 연쇄반응이 개시 카스페이즈(caspase-8)를 활성화시킴

③

활성화된 caspase-8에 의해 궁극적으로 작동 카스페 이즈(caspase-3)가 활성화되어 세포자멸사를 유도함

 Fas/fasL에 의해 유도되는 세포자멸사는 2~4시간

소요됨

45

4. 가슴샘의 T 림프구를 세포자멸사 시키는 내인성 경로 ⁽³⁰³⁾

 가슴샘에서 일어나는 TCR-매개 음성선택의 신호는 미토콘드리아가 중심적인 역할을 하는 세포자멸사를 유도함 [내인성(미토콘드리아-매개) 경로]

 정상적으로 미토콘드리아 내막과 외막 사이에 존재하는 cytochrome c가 음성선택 신호에 의하여 세포질로 유리되 어 세포자멸사를 유도함 (9.12b)

 세포질에서 cytochrome c는 Apa-1(apoptotic proteae-activating

factor-1) 단백질에 결합함

 Apa-1이 개시 카스페이즈(caspase-9)을 활성화시킴

 cytochrome c/Apa-1/caspase-9 복합체(세포자멸소체)가 작 동 케스페이즈(caspase-3)을 활성화하여 세포사멸사를 유 도함

 TCR 매개 음성선택에 의한 세포자멸사는 8~10시간

소요됨

5. Bcl-2군은 세포자멸사를 조절한다 ⁽³⁰⁴⁾

 cytochrome c의 방출을 조절하는 Bcl-2 단백질 군

 Bcl-2와 Bcl-XL은 미토콘드리아 내막에 존재하여 cytochrome c의 방출을 억제함

 TCR 매개 음성선택은 Bcl-2군 단백질 Bim을 활성화시킴 → 활성화된 Bim이 Bcl-2를 억제하여 미토콘드리아에서

cytochrome c를 방출시킴 ^(9.12b)

 Fas 경로를 통해서 활성화된 caspase-8은 Bcl-2군 단백질 Bid를 잘라 활성화시킴 → 활성화된 Bid가 미토콘드리아에 서 cytochrome c를 방출시킴

 Bcl-2 발현 수준은 림프구를 비롯한 다양한 조혈계통 의 세포에서 정상적인 수명을 조절하는 데 중요함

 항원의 위협이 사라지면 활성화된 림프구에서 Bcl-2가 낮은 수준으로 발현됨 → 세포자멸사가 유도되기 쉬움

 림프구가 항원에 의해 계속 활성화되면 이 과정에서받는 신 호에 의하여 세포자멸사가 억제됨

CTL 와 NK 세포의 표적 세포자멸사 유도

 표적세포를 인지한 CTL 세포나 NK 세포는 과립을 표적세포에 방출함 ^(13.13b)

 그랜자임 B가 caspase3을 활성 화함

 그랜자임 B가 Bid를 활성화함 → Bid가 미토콘드리아 내막에서 cytochrome c를 방출시킴 → cytochrome c가 Apaf-1과 결합 하여 caspase9을 활성화함 → caspase9이 caspase3을 활성화 함

(13.13)