주조직적합성 항원(MHC)과 항원제시

1. 주조직적합성 항원이란?

주조직적합성 항원(MHC, Major Histocompatibility Complex)은 면역 반응에서 항원을 T세포에 제시하는 핵심 역할을 하는 당단백질 복합체이다. MHC는 감염된 세포를 인식하고 면역세포를 활성화하는 과정에서 중요한 기능을 수행하며, 조직이식의 성공 여부를 결정하는 주요 요인이기도 하다.

이미지출처_Major Histocompatibility Complex - Structure, Types, & Functions

 

MHC는 크게 두 가지 유형으로 구분된다.

• MHC class I: 모든 유핵세포에서 발현되며, 내인성 항원(바이러스 감염 단백질, 종양 단백질)을 CD8+ T세포(세포독성 T세포, Tc)에 제시하여 감염된 세포를 제거하는 역할을 한다.
• MHC class II: 항원제시세포(APC)인 대식세포, 수지상세포, B세포에서 발현되며, 외인성 항원(세균, 기생충 등 외부에서 유입된 단백질)을 CD4+ T세포(보조 T세포, Th)에 제시하여 적응면역 반응을 유도한다.

 

MHC 분자는 다형성(polymorphism)이 높아 개체마다 다양한 유형이 존재하며, 부모로부터 물려받는 공동우성(co-dominant) 유전자 특성을 갖는다.

---

2. MHC의 발견과 역사

MHC는 1940년대 Peter Gorer와 George Snell에 의해 조직이식 거부 반응 연구 중 발견되었다.

이미지출처_Major Histocompatibility Complex - Structure, Types, & Functions

• Inbred(근친교배) 마우스끼리의 조직이식에서는 높은 생착률을 보였지만, outbred(유전적으로 이질적인) 마우스에서는 강한 거부 반응이 발생하였다.
• 연구 결과 이식 거부 반응을 유발하는 유전자군이 존재하며, 이를 주조직적합성복합체(MHC)라 명명하였다.

이후 연구를 통해 MHC가 이식 면역뿐만 아니라 감염 면역 반응과 항원 제시에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다.

---

3. MHC 유전자의 구조와 특징

MHC 유전자는 염색체 내 특정 부위에 위치하며, 다형성이 높고 공동우성적으로 발현된다.

이미지출처_Class III MHC

MHC 유형	기능	유전자 좌위
MHC class I	내인성 항원 제시	HLA-A, HLA-B, HLA-C (인간), H-2K, H-2D, H-2L (마우스)
MHC class II	외인성 항원 제시	HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR (인간), I-A, I-E (마우스)
MHC class III	보체, 염증성 사이토카인 생성	보체 C2, C4, 종양괴사인자(TNF) 등

• MHC class I 유전자는 적혈구를 제외한 거의 모든 유핵세포에서 발현되며, 세포 내에서 생성된 단백질을 Tc 세포에 전달한다.
• MHC class II 유전자는 항원제시세포에서만 발현되며, 외부에서 유입된 항원을 보조 T세포에 전달하여 B세포 활성화를 유도한다.
• MHC class III 유전자는 보체 단백질과 사이토카인을 암호화하며, 직접적인 항원 제시 기능은 없지만 면역 반응을 조절하는 역할을 한다.

---

4. 항원제시경로: 내인성 vs 외인성 항원

항원의 종류에 따라 MHC 분자를 통한 항원제시 방식이 다르게 진행된다.

 

A. 내인성 항원제시 경로 (MHC class I)

내인성 항원(세포 내부에서 합성된 단백질, 예: 바이러스 감염 단백질)은 MHC class I을 통해 CD8+ T세포에 제시된다.

이미지출처_MHC class I - Wikipedia

1. 세포질 내 단백질이 프로테아좀(proteasome)에 의해 분해되어 펩티드 조각 형성
2. TAP(transporter associated with antigen processing) 단백질을 통해 소포체(ER)로 이동
3. MHC class I 분자와 결합하여 안정화된 펩티드-MHC 복합체 형성
4. 골지체를 거쳐 세포막으로 이동 후 CD8+ T세포에 제시
5. CD8+ T세포가 활성화되어 감염된 세포를 제거

 

B. 외인성 항원제시 경로 (MHC class II)

 

외인성 항원(세균, 기생충, 외부 단백질)은 MHC class II를 통해 CD4+ T세포에 제시된다.

이미지출처_MHC class II - Wikipedia

1. 항원제시세포(APC)가 외부 항원을 엔도사이토시스(endocytosis)로 포획
2. 엔도솜(Endosome)과 리소좀(Lysosome) 내 단백질 가수분해효소에 의해 펩티드 조각으로 분해
3. 소포체(ER)에서 합성된 MHC class II가 불변사슬(invariant chain, Ii)과 결합하여 이동
4. Ii가 분해되며 CLIP(class II-associated invariant chain peptide) 잔여물 형성 → 이후 HLA-DM 단백질이 CLIP을 제거하여 항원과 결합 유도
5. 펩티드-MHC class II 복합체가 세포막으로 이동하여 CD4+ T세포에 제시
6. CD4+ T세포가 활성화되어 B세포의 항체 생성 및 면역 반응 촉진

 

C. 교차항원제시 (Cross-presentation)

이미지출처_Cross-presentation by dendritic cells ❘ Nature Reviews Immunology

 

일반적으로 내인성 항원은 MHC class I, 외인성 항원은 MHC class II를 통해 제시되지만, 일부 항원제시세포(APC)는 외부에서 포획한 항원을 MHC class I을 통해 CD8+ T세포에 제시하는 능력을 갖는다. 이를 교차항원제시(Cross-presentation)라 하며, 항바이러스 면역 및 항암 면역에서 중요한 역할을 한다.

---

5. MHC와 질병

MHC 유전자 변이는 특정 질병과 관련이 있으며, 특히 자가면역질환 및 감염병에 대한 감수성을 조절한다.

질병	관련 MHC 유전자
강직성 척추염(Ankylosing spondylitis)	HLA-B27
1형 당뇨병(Type 1 diabetes)	HLA-DR3, DR4
류마티스 관절염(Rheumatoid arthritis)	HLA-DR4
중증복합면역결핍증(SCID)	MHC class I 또는 II 결핍

 

MHC의 다형성은 개체마다 면역 반응의 차이를 유발하며, 조직이식 시 면역 거부 반응의 주요 원인이 된다.

---

<출  처>

 

 

Major Histocompatibility Complex - Structure, Types, & Functions - GeeksforGeeks

 

 

Genomes and phenomes of a population of outbred rats and its progenitors | Scientific Data

 

Class III MHC

 

 

MHC class I - Wikipedia

 

 

MHC class II - Wikipedia

 

Cross-presentation by dendritic cells | Nature Reviews Immunology