항체공학의 기술 개요

항체의 기본 구조

 

 

 

- 면역학에서, 항체의 공통 구조

 

 

     항체 중에서 IgG 급의 항체는 오래 전부터 연구되어져 왔다. 그 이유는 이 급의 항체가 혈액 중에 가장 많이 존재하는 항체의 급이기 때문이기도 하지만, 항체 중에서 비교적 단순한 구조를 가지고 있기 때문이기도 하다.  IgG급의 항체를 2-mercaptoethanol과 같은 환원제로 처리하면, 항체에 존재하는 cystein 아미노산간의 disulfide bond가 환원되어 그 연결이 끊어지게 된다.  이와 같이 처리한 IgG 항체 단백질을 전기영동하여 보면 두 가지 크기의 단백질이 확인되는 데, 이는 IgG 항체가 큰 사슬 단백질(heavy chain)과 작은 사슬 단백질(light chain)이 disulfide bond에 의하여 서로 공유 결합하여 만들어진 것을 뜻한다.  또한 각각의 heavy chain과 light chain의 분자량이 각각 50,000 달톤과 25,000 달톤으로 나타났으며, 전체 IgG 한 분자의 분자량은 약 150,000 달톤 정도이므로, IgG 항체 한 분자는 두 개의 heavy chain과 두 개의 light chain으로 구성되어 있는 것이다.   

 

     항체의 구조는 항체를 단백질 분해효소로 절단한 연구 결과에서도 유추할 수 있다.  IgG 항체를 단백질 분해효소인 papain으로 잘라보면, 또 다시 두 가지 조각으로 나누어지는 것을 확인할 수 있다.  이들 중 한 조각은 항원과 결합하며, 다른 조각은 항원과 결합하지 않는 것으로 확인되었다. 항원과 결합할 수 있는 조각을 Fab (antibody binding fragment)라고 부르며, 항원과 결합하지 못하는 조각을 Fc (crystalizable fragment)라고 부른다.  특히, Fc 지역은 단백질을 모아놓으면 결정을 형성할 수 있는데, 이는 비록 IgG급 항체의 항원특이성이 다르다 하더라도 이 지역을 구성하는 단백질의 아미노산 배열이 서로 같다는 것을 뜻한다.  한 분자의 항체를 절단하였을 때, 두 분자의 Fab가 얻어지며, 각각의 Fab는 모두 독립적으로 항원과 결합할 수 있으며, 그 결합성이 서로 같은 것으로 확인되었다.  이는 한 분자의 IgG 항체에는 항원이 결합할 수 있는 두 개의 독립적인 자리가 있음을 뜻하며, 하나의 항체분자는 두 분자의 항원과 동시에 결합할 수 있음을 뜻한다. 항체를 또 다른 단백질 분해효소인 pepsin으로 절단하였을 때에도 항원결합 능력이 있는 조각이 얻어지는 데, 이 부분을 F(ab')2이라고 부른다.  이 F(ab')2 조각은 Fab와는 달리 두 개의 항원결합부위가 한 조각 내에 존재하는 것이다.  

 

     이러한 실험들은 IgG 급의 항체가 두 개의 단백질 사슬로 구성되어 있으며, 두 분자의 항원과 결합할 수 있고, 항원결합과 상관없는 부위는 그 아미노산 배열이 매우 유사할 것이라는 것을 보여주는 것이다.  항체를 구성하는 두 분자의 단백질은 각각 heavy chain과 light chain이라고 부르며, 한 분자의 IgG 급 항체에는 두 분자의 heavy chain과 두 분자의 light chain이 서로 쌍을 이루고 있으며, 두 개의 항원 결합부위가 존재하는 전체적으로 Y자 모양을 한 단백질임을 알 수 있다. 자연상태의 항체에서 하나의 항체가 가지고 있는 두 분자의 heavy chain은 서로 완전히 같으며, 두 분자의 light chain도 서로 같은 것으로 확인되었다. 항체의 heavy chain 과 light chain은 서로 사슬간 disulfide bond와 같은 공유결합 외에도 소수성 상호작용 (hydrophobic interaction)등과 같은 비공유결합으로 인하여 안정된 구조를 형성하고 있는 것으로 알려져 있다.  하나의 항체 분자를 구성하는 각각의 heavy chain과 light chain의 아미노산 배열이 완전히 같고, 이들 두 사슬의 아미노 말단 지역에 항원결합부위가 존재하기 때문에, 하나의 항체에는 두 개의 똑같은 항원결합부위가 존재하게 된다.  IgG와는 다른 급의 항체들은 비록 그 아미노산의 배열이 IgG와 다르긴 하지만 근본적으로는 IgG급의 항체와 유사한 구조를 하고 있는 것으로 확인되었다.

 

 

 

- 이건 강원대 항체공학연구실 홈피 참조