클론 선택
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1. 개요
클론 선택은 면역학 이론으로, 면역 반응에서 특정 항원에 반응하는 림프구가 선택적으로 증식하고 분화하여 항체를 생성하는 과정을 설명한다. 각 림프구는 고유한 수용체를 가지며, 항원 결합을 통해 활성화된다. 활성화된 림프구는 동일한 수용체를 가진 이펙터 세포로 분화하며, 자기 항원에 반응하는 림프구는 제거된다. 이 이론은 1900년대 초부터 여러 학자들의 연구를 거쳐, 프랭크 맥팔레인 버넷에 의해 "클론 선택 이론"으로 정립되었으며, 면역 관용 및 면역 네트워크 이론의 발전에 기여했다.
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| 클론 선택 | |
|---|---|
| 면역학적 선택설 | |
| 유형 | 면역학 이론 |
| 설명 | 면역계 세포가 특정 항원에 반응하여 증식하는 과정 |
| 관련 질병 | 자가면역질환, 암 |
| 역사 | |
| 최초 제안 | 닐스 카이 예르네(1955), 데이비드 탤매지(1957), 프랭크 맥팔레인 버넷(1957) |
| 발전 | 조슈아 레더버그, 거스타프 노살 |
| 실험적 증거 | 거스타프 노살, 레더버그 (1958) |
| 주요 내용 | |
| 다양성 생성 | B 세포와 T 세포는 다양한 항원 수용체를 발현함 |
| 항원 결합 | 특정 항원과 결합하는 세포만이 선택적으로 활성화됨 |
| 클론 증식 | 활성화된 세포는 증식하여 동일한 항원 특이성을 가진 클론을 형성함 |
| 분화 | 클론은 형질세포(항체 생산) 또는 기억세포(장기 면역)로 분화함 |
| 중요성 | |
| 면역 반응 이해 | 적응 면역의 기본 원리를 설명함 |
| 질병 치료 | 자가면역질환 및 암 치료 전략 개발에 기여함 |
2. 클론 선택 가설의 원리
각 림프구는 V(D)J 재조합에 의해 생성된 고유한 특이성을 가진 단일 유형의 수용체를 갖는다. 림프구가 작동하기 위해서는 수용체에 항원이 부착해야 한다. 작동된 림프구에서 유래한 분화된 이펙터 세포인 형질세포는 원래의 림프구의 수용체와 동일한 수용체를 가진다. 자신의 분자와 부착할 수 있는 수용체를 가진 림프구, 즉 신체 내에서 생성된 내인성 항원에 대한 수용체를 가진 림프구는 초기 단계에서 파괴되어야 한다.
클론 선택 이론은 다음의 네 가지 원칙으로 요약할 수 있다.
- 각 림프구는 고유한 특이성을 가진 단일 유형의 수용체를 갖는다(V(D)J 재조합에 의해 생성).
- 세포 활성화를 위해서는 수용체 점유가 필요하다.
- 활성화된 림프구에서 유래된 분화된 이펙터 세포는 모세포와 동일한 특이성을 가진 수용체를 갖는다.
- 자기 분자에 대한 수용체를 가진 림프구(즉, 신체 내에서 생성된 내인성 항원)는 초기 단계에서 파괴된다.
2. 1. 림프구의 다양성
각각의 림프구는 한 종류의 수용체만 가진다. 림프구가 작동하기 위해서는 수용체에 항원이 부착해야 한다. 작동된 림프구에서 유래한 형질세포는 원래의 림프구의 수용체와 동일한 수용체를 가진다. 자신의 분자와 부착할 수 있는 수용체를 가진 림프구는 초기 단계에서 파괴되어야 한다.2. 2. 림프구 활성화
각 림프구는 V(D)J 재조합에 의해 생성된 고유한 특이성을 가진 단일 유형의 수용체를 갖는다. 림프구가 작동하기 위해서는 수용체에 항원이 부착해야 한다. 작동된 림프구에서 유래한 분화된 이펙터 세포인 형질세포는 원래의 림프구의 수용체와 동일한 수용체를 가진다. 자신의 분자와 부착할 수 있는 수용체를 가진 림프구, 즉 신체 내에서 생성된 내인성 항원에 대한 수용체를 가진 림프구는 초기 단계에서 파괴되어야 한다.2. 3. 클론 증식 및 분화
각 림프구는 한 종류의 수용체만 가지며, 림프구가 작동하기 위해서는 수용체에 항원이 부착해야 한다. 작동된 림프구에서 유래한 형질세포는 원래의 림프구의 수용체와 동일한 수용체를 가진다. 자신의 분자와 부착할 수 있는 수용체를 가진 림프구는 초기 단계에서 파괴되어야 한다.클론 선택 이론은 다음의 네 가지 원칙으로 요약할 수 있다.
- 각 림프구는 고유한 특이성을 가진 단일 유형의 수용체를 갖는다(V(D)J 재조합에 의해 생성).
- 세포 활성화를 위해서는 수용체 점유가 필요하다.
- 활성화된 림프구에서 유래된 분화된 이펙터 세포는 모세포와 동일한 특이성을 가진 수용체를 갖는다.
- 자기 분자에 대한 수용체를 가진 림프구(즉, 신체 내에서 생성된 내인성 항원)는 초기 단계에서 파괴된다.
2. 4. 자가반응 림프구 제거
각각의 림프구는 한 종류의 수용체만 가진다. 림프구가 작동하기 위해서는 수용체에 항원이 부착해야 한다. 작동된 림프구에서 유래한 형질세포는 원래의 림프구의 수용체와 동일한 수용체를 가진다. 자신의 분자와 부착할 수 있는 수용체를 가진 림프구는 초기 단계에서 파괴되어야 한다.3. 클론 선택 가설의 역사
1900년, 파울 에를리히는 항체 생성에 대한 소위 "측쇄 이론"을 제안했다. 이에 따르면, 특정 세포는 다양한 항원에 반응할 수 있는 표면에 서로 다른 "측쇄"(즉, 막 결합 항체)를 나타낸다. 항원이 존재하면 일치하는 측쇄에 결합한다. 그러면 세포는 다른 모든 측쇄의 생성을 중단하고, 항원 결합 측쇄를 가용성 항체로 집중적으로 합성하고 분비하기 시작한다. 에를리히의 아이디어는 클론 선택과는 별개였지만, 향후 수십 년 동안 면역학을 지배한 지시 이론보다 훨씬 정확한 선택 이론이었다.
1955년, 덴마크의 면역학자 닐스 예르네는 감염 전에 이미 혈청에 광범위한 가용성 항체가 존재한다는 가설을 제시했다. 항원이 신체에 들어오면 이에 일치하는 한 종류의 항체만 선택된다. 이것은 특정 세포가 면역 복합체를 식세포작용하고 어떻게든 항체 구조를 복제하여 더 많은 항체를 생성함으로써 발생한다고 여겨졌다.[8]
1957년, 데이비드 W. 탤메지는 항원이 항체 생성 세포 표면의 항체에 결합하고 "합성된 생성물이 항원에 대한 친화성을 갖는 세포만 증식을 위해 선택된다"고 가설을 세웠다. 에를리히의 이론과의 주요 차이점은 모든 세포가 한 종류의 항체만 합성한다고 가정했다는 것이다. 항원 결합 후 세포는 증식하여 동일한 항체를 가진 클론을 형성한다.
1957년 후반, 호주 면역학자 프랭크 맥팔레인 버넷은 다소 생소한 학술지인 ''오스트레일리아 과학 저널''에 "클론 선택 개념을 이용한 항체 생성에 대한 제른의 이론 수정"이라는 논문을 발표했다. 이 논문에서 버넷은 탈메이지의 아이디어를 확장하여 그 결과로 나온 이론을 "클론 선택 이론"이라고 명명했다. 그는 1959년 저서 ''획득 면역의 클론 선택 이론''에서 이 이론을 더욱 공식화했다. 그는 면역 기억을 두 종류의 림프구의 클론 생성으로 설명했다. 하나의 클론은 감염과 싸우기 위해 즉시 작용하는 반면, 다른 클론은 더 오래 지속되어 오랫동안 면역계에 남아 해당 항원에 대한 면역을 유발한다. 버넷의 가설에 따르면, 항체 중에는 신체 자체의 특징을 제외한 생물학적 물질에 존재하는 모든, 또는 거의 모든 항원 결정기에 다양한 정도로 정확하게 대응할 수 있는 분자가 있다. 각 유형의 패턴은 림프구 클론의 특정 산물이며, 각 세포가 자체적으로 생산하는 글로불린과 동일한 대표적인 반응 부위를 표면에 자동으로 가지고 있다는 것이 이 가설의 핵심이다. 항원이 혈액이나 조직액에 들어가면, 그것은 자신의 항원 결정기 중 하나에 해당하는 반응 부위를 가진 림프구의 표면에 결합하는 것으로 추정된다. 그러면 세포가 활성화되어 다양한 자손을 생성하기 위해 증식한다. 이러한 방식으로, 신체에 존재하는 항원의 항원 결정기에 해당하는 반응 부위를 가진 모든 클론의 우선적 증식이 시작된다. 자손은 용해성 항체와 림프구를 활발하게 방출할 수 있으며, 이는 부모 형태와 동일한 기능을 갖는다.[5][9]
1958년, 구스타프 노살과 조슈아 레더버그는 하나의 B 세포가 항상 하나의 항체만 생성한다는 것을 보여주었고, 이것이 클론 선택 이론을 뒷받침하는 최초의 직접적인 증거였다.[6]
3. 1. 초기 연구 (1900년대 초 - 1950년대 중반)
1900년, 파울 에를리히는 항체 생성에 대한 "측쇄 이론"을 제안했다. 이 이론에 따르면 특정 세포는 표면에 서로 다른 "측쇄"(막 결합 항체)를 가지고 있어 다양한 항원에 반응할 수 있다. 항원이 존재하면 일치하는 측쇄에 결합하고, 세포는 다른 측쇄 생성을 중단하며 항원 결합 측쇄를 가용성 항체로 집중 합성, 분비한다. 에를리히의 아이디어는 클론 선택과는 다르지만, 이후 면역학을 지배한 지시 이론보다 정확한 선택 이론이었다.1955년, 덴마크의 면역학자 닐스 예르네는 감염 전에 이미 혈청에 다양한 가용성 항체가 존재한다는 가설을 제시했다. 항원이 신체에 들어오면 일치하는 항체만 선택된다. 이는 특정 세포가 면역 복합체를 식세포작용하고 항체 구조를 복제하여 더 많은 항체를 생성하는 방식으로 발생한다고 여겨졌다.[8]
1957년, 데이비드 W. 탤메지는 항원이 항체 생성 세포 표면의 항체에 결합하고 "합성된 생성물이 항원에 대한 친화성을 갖는 세포만 증식을 위해 선택된다"고 가설을 세웠다. 에를리히 이론과의 주요 차이점은 모든 세포가 한 종류의 항체만 합성한다고 가정한 것이다. 항원 결합 후 세포는 증식하여 동일한 항체를 가진 클론을 형성한다.
3. 2. 버넷의 클론 선택 이론 정립 (1957년 - 1959년)
1957년 후반, 오스트레일리아 면역학자 프랭크 맥팔레인 버넷은 ''오스트레일리아 과학 저널''에 "클론 선택 개념을 이용한 항체 생성에 대한 제른의 이론 수정"이라는 논문을 발표했다. 이 논문에서 버넷은 탈메이지의 아이디어를 확장하여 그 결과로 나온 이론을 "클론 선택 이론"이라고 명명했다.[5] 그는 1959년 저서 ''획득 면역의 클론 선택 이론''에서 이 이론을 더욱 공식화했다.[5][9] 그는 면역 기억을 두 종류의 림프구의 클론 생성으로 설명했다. 하나의 클론은 감염과 싸우기 위해 즉시 작용하는 반면, 다른 클론은 더 오래 지속되어 오랫동안 면역계에 남아 해당 항원에 대한 면역을 유발한다.[5][9] 버넷의 가설에 따르면, 항체 중에는 신체 자체의 특징을 제외한 생물학적 물질에 존재하는 모든, 또는 거의 모든 항원 결정기에 다양한 정도로 정확하게 대응할 수 있는 분자가 있다.[5][9] 각 유형의 패턴은 림프구 클론의 특정 산물이며, 각 세포가 자체적으로 생산하는 글로불린과 동일한 대표적인 반응 부위를 표면에 자동으로 가지고 있다는 것이 이 가설의 핵심이다.[5][9] 항원이 혈액이나 조직액에 들어가면, 그것은 자신의 항원 결정기 중 하나에 해당하는 반응 부위를 가진 림프구의 표면에 결합하는 것으로 추정된다. 그러면 세포가 활성화되어 다양한 자손을 생성하기 위해 증식한다. 이러한 방식으로, 신체에 존재하는 항원의 항원 결정기에 해당하는 반응 부위를 가진 모든 클론의 우선적 증식이 시작된다. 자손은 용해성 항체와 림프구를 활발하게 방출할 수 있으며, 이는 부모 형태와 동일한 기능을 갖는다.[5][9]1958년, 구스타프 노살과 조슈아 레더버그는 하나의 B 세포가 항상 하나의 항체만 생성한다는 것을 보여주었고, 이것이 클론 선택 이론을 뒷받침하는 최초의 직접적인 증거였다.[6]
3. 3. 클론 선택 이론의 증명 (1958년 이후)
1957년 후반, 오스트레일리아 면역학자 프랭크 맥팔레인 버넷은 ''오스트레일리아 과학 저널''에 "클론 선택 개념을 이용한 항체 생성에 대한 제른의 이론 수정"이라는 논문을 발표했다. 이 논문에서 버넷은 탈메이지의 아이디어를 확장하여 그 결과로 나온 이론을 "클론 선택 이론"이라고 명명했다.[5] 그는 1959년 저서 ''획득 면역의 클론 선택 이론''에서 이 이론을 더욱 공식화했다. 그는 면역 기억을 두 종류의 림프구의 클론 생성으로 설명했다. 하나의 클론은 감염과 싸우기 위해 즉시 작용하는 반면, 다른 클론은 더 오래 지속되어 오랫동안 면역계에 남아 해당 항원에 대한 면역을 유발한다.[5][9] 버넷의 가설에 따르면, 항체 중에는 신체 자체의 특징을 제외한 생물학적 물질에 존재하는 모든, 또는 거의 모든 항원 결정기에 다양한 정도로 정확하게 대응할 수 있는 분자가 있다. 각 유형의 패턴은 림프구 클론의 특정 산물이며, 각 세포가 자체적으로 생산하는 글로불린과 동일한 대표적인 반응 부위를 표면에 자동으로 가지고 있다는 것이 이 가설의 핵심이다.[9] 항원이 혈액이나 조직액에 들어가면, 그것은 자신의 항원 결정기 중 하나에 해당하는 반응 부위를 가진 림프구의 표면에 결합하는 것으로 추정된다. 그러면 세포가 활성화되어 다양한 자손을 생성하기 위해 증식한다. 이러한 방식으로, 신체에 존재하는 항원의 항원 결정기에 해당하는 반응 부위를 가진 모든 클론의 우선적 증식이 시작된다. 자손은 용해성 항체와 림프구를 활발하게 방출할 수 있으며, 이는 부모 형태와 동일한 기능이다.[9]1958년, 구스타프 노살과 조슈아 레더버그는 하나의 B 세포가 항상 하나의 항체만 생성한다는 것을 보여주었고, 이것이 클론 선택 이론을 뒷받침하는 최초의 직접적인 증거였다.[6]
4. 클론 선택 가설에 의해 지지되는 이론
피터 메다워와 함께 버넷은 면역 관용에 대한 연구를 진행했다. 이는 유기체가 발달 초기에 발생하기만 한다면 면역 반응이 나타나기 전에 세포의 도입을 허용하는 능력으로, 클론 선택에 의해 설명되는 현상이다. 면역계에는 자가 조직을 관용하는 세포부터 그렇지 않은 세포까지 방대한 수의 림프구가 존재하는데, 자가 조직에 관용적인 세포만이 배아 단계를 거쳐 생존한다. 비자가 조직이 도입되면, 림프구는 비자가 조직을 자가 조직으로 포함하는 형태로 발달한다.
버넷은 1959년 특정 상황에서 조직이 이종 수용자에게 성공적으로 이식될 수 있다고 제안했다. 이 연구는 면역계에 대한 이해를 크게 높였으며 조직 이식 분야에도 큰 발전을 가져왔다. 버넷과 메다워는 이 공로로 1960년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.
1974년, 닐스 카이 예르네는 면역계가 림프구의 가변적인 부분과 분비된 분자 간의 상호 작용을 통해 조절되는 네트워크로 기능한다고 제안했다. 면역 네트워크 이론은 클론 선택의 개념에 확고히 기반을 두고 있다. 예르네는 면역 네트워크 이론에 대한 기여를 인정받아 1984년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
버넷과 피터 메다워는 면역 관용에 대한 연구를 함께 진행했는데, 이는 클론 선택에 의해 설명되는 현상이기도 하다. 이는 유기체가 발달 초기에 발생하기만 한다면 면역 반응이 나타나기 전에 세포의 도입을 허용하는 능력이다. 면역계에는 자가 조직을 관용하는 세포부터 그렇지 않은 세포까지 방대한 수의 림프구가 존재한다. 그러나 자가 조직에 관용적인 세포만이 배아 단계를 거쳐 생존한다. 비자가 조직이 도입되면, 림프구는 비자가 조직을 자가 조직으로 포함하는 형태로 발달한다.
1959년, 버넷은 특정 상황에서 조직이 이종 수용자에게 성공적으로 이식될 수 있다고 제안했다. 이 연구는 면역계에 대한 이해를 크게 높였으며 조직 이식 분야에도 큰 발전을 가져왔다. 버넷과 메다워는 1960년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.
1974년, 닐스 카이 예르네는 면역계가 림프구의 가변적인 부분과 분비된 분자 간의 상호 작용을 통해 조절되는 네트워크로 기능한다고 제안했다. 면역 네트워크 이론은 클론 선택의 개념에 확고히 기반을 두고 있다. 예르네는 면역 네트워크 이론에 대한 기여를 인정받아 1984년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
4. 1. 면역 관용
피터 메다워와 함께 버넷은 면역 관용에 대한 연구를 진행했다. 이는 유기체가 발달 초기에 발생하기만 한다면 면역 반응이 나타나기 전에 세포의 도입을 허용하는 능력으로, 클론 선택에 의해 설명되는 현상이다. 면역계에는 자가 조직을 관용하는 세포부터 그렇지 않은 세포까지 방대한 수의 림프구가 존재하는데, 자가 조직에 관용적인 세포만이 배아 단계를 거쳐 생존한다. 비자가 조직이 도입되면, 림프구는 비자가 조직을 자가 조직으로 포함하는 형태로 발달한다.버넷은 1959년 특정 상황에서 조직이 이종 수용자에게 성공적으로 이식될 수 있다고 제안했다. 이 연구는 면역계에 대한 이해를 크게 높였으며 조직 이식 분야에도 큰 발전을 가져왔다. 버넷과 메다워는 이 공로로 1960년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.
1974년, 닐스 카이 예르네는 면역계가 림프구의 가변적인 부분과 분비된 분자 간의 상호 작용을 통해 조절되는 네트워크로 기능한다고 제안했다. 면역 네트워크 이론은 클론 선택의 개념에 확고히 기반을 두고 있다. 예르네는 면역 네트워크 이론에 대한 기여를 인정받아 1984년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
4. 2. 면역 네트워크 이론
버넷과 피터 메다워는 면역 관용에 대한 연구를 함께 진행했는데, 이는 클론 선택에 의해 설명되는 현상이기도 하다. 이는 유기체가 발달 초기에 발생하기만 한다면 면역 반응이 나타나기 전에 세포의 도입을 허용하는 능력이다. 면역계에는 자가 조직을 관용하는 세포부터 그렇지 않은 세포까지 방대한 수의 림프구가 존재한다. 그러나 자가 조직에 관용적인 세포만이 배아 단계를 거쳐 생존한다. 비자가 조직이 도입되면, 림프구는 비자가 조직을 자가 조직으로 포함하는 형태로 발달한다.1959년, 버넷은 특정 상황에서 조직이 이종 수용자에게 성공적으로 이식될 수 있다고 제안했다. 이 연구는 면역계에 대한 이해를 크게 높였으며 조직 이식 분야에도 큰 발전을 가져왔다. 버넷과 메다워는 1960년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.
1974년, 닐스 카이 예르네는 면역계가 림프구의 가변적인 부분과 분비된 분자 간의 상호 작용을 통해 조절되는 네트워크로 기능한다고 제안했다. 면역 네트워크 이론은 클론 선택의 개념에 확고히 기반을 두고 있다. 예르네는 면역 네트워크 이론에 대한 기여를 인정받아 1984년 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
참조
[1]
논문
A modification of Jerne's theory of antibody production using the concept of clonal selection.
[2]
논문
Reflections on the clonal-selection theory
[3]
논문
Clonal selection and learning in the antibody system
[4]
서적
Janeway's Immunobiology 8th Edition
Garland Science
[5]
논문
Quantitative and qualitative approaches to GOD: the first 10 years of the clonal selection theory
[6]
논문
Antibody Production by Single Cells
[7]
논문
Pattern Recognition Theory and the Launch of Modern Innate Immunity
[8]
논문
A Modification of Jerne's Theory of Antibody Production using the Concept of Clonal Selection
[9]
논문
The clonal selection theory: 50 years since the revolution
[10]
논문
Clonal selection and learning in the antibody system
[11]
논문
A modification of Jerne's theory of antibody production using the concept of clonal selection.
[12]
논문
Reflections on the clonal-selection theory
[13]
논문
Quantitative and qualitative approaches to GOD: the first 10 years of the clonal selection theory
[14]
논문
Antibody Production by Single Cells
[15]
논문
Pattern Recognition Theory and the Launch of Modern Innate Immunity
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