[내재면역] "바이러스 공격에 맞서는 세포의 강력한 방어: 제 1형 인터페론의 작용"

1. 학습 목표

세포 내에서 제 1형 인터페론이 어떻게 바이러스에 대한 내재면역을 촉발하고 조절하는지에 대한 이해를 해봅시다.

2. 핵심 내용

1. 바이러스 감염 시 초기 대응: 세포는 바이러스에 감염되면 TLR3 등의 수용체를 통해 이중가닥 RNA를 감지하고, 이를 통해 IFN-β를 합성하여 주변 세포에 경고를 보냅니다.
2.  제 1형 인터페론의 작용: IFN-β는 자가분비와 주변분비 방식으로 작용하여 주변 세포에 경고를 전달하고, 수용체와 연관된 인산화 효소를 활성화시켜 다양한 유전자의 발현을 변화시킵니다.
3.  단백질의 역할: IFN-α와 IFN-β에 의해 유도되는 다양한 단백질들은 바이러스 복제를 방해하고, 바이러스 RNA를 분해하며, 단백질 합성을 억제하여 새로운 감염성 바이러스의 생산을 방지합니다.
4.  내재면역 강화: 인터페론은 NK 세포를 활성화시켜 감염된 세포를 공격하도록 만들어주며, 이를 통해 내재면역 반응을 강화시킵니다.
5.  의학적 활용: 제 1형 인터페론은 다양한 질환의 치료에 사용되어 왔으며, 바이러스 감염, 다발성 경화증, 백혈병 등에 효과가 있음이 확인되었습니다.

3. 본문 내용

“제 1형 인터페론은 바이러스의 증식을 억제시키고 숙주의 방어체계를 활성화시킨다.”

세포에 침투한 바이러스에 의한 내재면역계의 특정한 방어체계에 대해 설명하고자 합니다. 사람세포는 바이러스에 감염되면 제1형 인터페론 또는 간단히 인터페론이라 불리는 싸이토카인을 만들어서 반응합니다. 제 1형 인터페론의 초기 효과는 감염된 세포에 의한 바이러스 증식을 방해하고, 감염된 세포 주변의 세포들이 바이러스 감염에 대비하도록 신호를 보내는 것입니다. 제 1형 인터페론은 이어 면역계의 세포에게 곧 다가올 감염을 경고하고, 바이러스에 감염된 세포를 살해림프구의 공격에 취약하도록 만듭니다. 거의 모든 종류의 사람세포는 바이러스 감염에 감수성이 있기 때문에 실제로 모든 세포들은 제1형 인터페론과 이에 대한 수용체를 만들도록 준비되어 있습니다. 인터페론에 대한 수용체는 세포 표면에 항상 발현되어 있어 감염에 반응하여 새롭게 만들어진 인터페론에 결합하도록 준비되어 있습니다. 제 1형 인터페론은 건강한 사람에서는 드물게 검출되지만 감염이 발생될 경우 양이 많이 증가됩니다.

 

제 1형 인터페론 합성은 바이러스 감염 또는 신호전달 수용체에 의해 촉발되는 세포 내 사건에 의해 유도됩니다. TLR3에 의해 이중가닥 RNA가 감지되는 것이 그 한 예입니다. 이중가닥 RNA는 건강한 사람세포에서는 발견되지 않는 핵산의 한 종류로, 몇몇 바이러스 유전체의 성분이며 바이러스 생활주기 동안의 중간물질입니다. 감염 또는 리간드가 감지되면 세포질에서 전사인가 IRF3의 인산화가 촉발되며 IRF3은 이량체를 이루어 핵으로 들어가서 IFN-β가 분비되면 IFN-β를 만든 세포 자신의 수용체와 결합하는 자가분비(autocrine)와 주변에 감염되지 않은 세포의 수용체와 결합하는 주변분비(paracrine) 방법 2가지가 모두 작용합니다.

 

인터페론이 그 수용체에 결합할 때 수용체와 연관된 Jak1과 Tyk2 인산화효소가 인터페론반응(interferon response)이라고 부르는 다양한 사람 유전자의 발현을 변화시키는 반응을 유발합니다. 인터페론에 의해 유도되는 세포내 단백질 중 몇몇은 바이러스 유전체 복제를 직접 방해합니다. 그 예 중 하나로 사람 핵산에 일반적으로 있는 3`-5` 연결보다는 2`-5` 연결로 ATP를 중합시키는 올리고아데닐산 합성효고(oligoadenylate synthetase)가 있습니다. 이런 비정상적인 소중합체는 바이러스 RNA를 분해하는 리보핵산 분해효소(endoribonuclease)를 활성화시킵니다. 또한 단백질 합성 개시인자 eIF-2를 인산화시켜 단백질 합성을 억제함으로써 바이러스 단백질 합성과 새로운 감염성의 바이러스 입자의 생산을 방지하는 세린/트레오닌 단백질 인산화효소도 알파 인터페론과 베타 인터페론에 의해서 활성화됩니다.

 

인터페론에 의해서 유도되는 몇몇 단백질들은 항상 발현하는 유일한 전사요소인 IRF3와 비슷한 전사요소입니다. 이런 다른 인터페론 반응요소들은 IFN-β 이외의 다른 인터페론 유전자를 포함하는 많은 다른 유전자들의 전사를 개시하는 기구로 이용됩니다. IFN-α의 전사를 시작하게 하는 인터페론 반응인자 7(Interferon response factor, IRF7)은 NFκB와 AP-1이 필요하지 않습니다. 이 과정을 통해 양성되먹임고리(positive feedback loop)가 발달되며, 이런 방법으로 시작할 때는 적은 양의 인터페론이 향후 생성되는 인터페론의 범위와 양을 모두 증가시키게 됩니다.

 

인터페론은 바이러스 복제를 방해할 뿐 아니라 감염된 세포가 살해림프구에 의해 보다 쉽게 공격당하도록 만드는 세포 변화를 유발합니다. NK 세포는 싸이토카인을 분비하고 감염된 세포를 죽이는 작용을 통해 바이러스 감염에 대항하는 내재면역의 림프구 입니다. IFN-α와 IFN-β가 순환하고 있는 NK 세포의 인터페론 수용체에 결합하면 NK 세포는 활성화되고 감염부위로 이동하여 바이러스에 감염된 세포를 공격합니다. 면역반응을 증강시키는 능력 때문에 제 1형 인터페론은 사람의 질환을 치료하는 데 이용되어 왔습니다. 제 1형 인터페론은 다음과 같은 몇 가지 질병의 상태를 호전시키는 것으로 밝혀졌습니다. B형 또는 C형 바이러스의 감염, 중추신경계에 영향을 미치는 퇴행성 자가면역질환인 다발성 경화증(multiple sclerosis) 특정 백혈병과 림프종 입니다.

 

거의 모든 사람세포가 제 1형 인터페론을 분비할 수 있지만 인터페론 생산세포(interferon producing cell, IPC) 또는 자연 인터페론 생산세포(natural interferon-producing cell, NIPC)라고 불리는 특화된 세포는 다른 세포보다 1000배까지 많은 양의 인터페론을 분비합니다. 인터페론 생산세포는 다양한 바이러스 감염에 반응하게 만드는 Toll 유사 수용체 6,7,9,10을 발현합니다. 이 수용체는 TLR3와는 다른 경로를 이용하여 인터페론 생산을 유도하는 신호를 전달하는 것으로 여겨집니다.

4. 정리

• 바이러스 침투와 초기 경고: 세포가 바이러스에 감염되면 TLR3 등의 수용체가 이중가닥 RNA를 감지하여 세포 내에서 IFN-β를 합성하게 합니다. 이 인터페론은 주변 세포에 경고를 보내고, 자가분비와 주변분비 방식으로 작용합니다.
• 수용체와 연관된 인산화 효소: 인터페론이 세포 표면 수용체에 결합하면 Jak1과 Tyk2 인산화효소가 활성화되어 다양한 유전자의 발현을 변화시키는 인터페론 반응을 유발합니다.
• 유도된 단백질들의 역할: IFN-α와 IFN-β에 의해 유도되는 다양한 세포내 단백질들은 바이러스 복제를 방해하고, 비정상적인 소중합체를 활성화하여 바이러스 RNA를 분해하며, 단백질 합성을 억제하여 새로운 감염성 바이러스의 생산을 방지합니다.
• 내재면역 강화: 인터페론은 감염된 세포를 NK 세포에 의해 쉽게 공격당할 수 있도록 만들어주며, 이를 통해 바이러스에 대한 내재면역 반응을 강화시킵니다.
• 치료 및 응용: 제 1형 인터페론은 다양한 질환의 치료에 사용되어 왔으며, 특히 바이러스 감염, 다발성 경화증, 백혈병 등에 효과가 있음이 확인되었습니다.
• 인터페론 생산세포: 특화된 세포인 인터페론 생산세포는 다른 세포보다 더 많은 양의 인터페론을 분비하며, Toll 유사 수용체를 통해 다양한 바이러스 감염에 반응합니다.

 

이러한 과정들은 바이러스에 의한 감염에 대한 세포 내에서의 대응을 나타내며, 이는 내재면역의 중요한 부분입니다.

참고문헌- 면역학 3판, 라이프사이언스