Abcam updated 2022년 5월 9일

Antibody structure and isotype

면역글로불린(Ig)으로도 알려진 항체는 1차 면역 방어로서 B 세포에 의해 생성되는 큰 Y자형 당단백질입니다. 항체는 항원이라고 하는 병원체의 독특한 분자에 특이적으로 결합합니다.

항체는 4개의 폴리펩타이드 사슬로 구성된 Y형 단위의 하나 이상의 copy로 존재합니다(그림 1). 각 Y 단위는 heavy chain (H)의 동일한   copy 2개와 light chain (L)의 동일한 copy 2개를 포함합니다. Heavy chain과 light chain은 sequence와 길이가 다릅니다. Y 모양의 상단에는 단편 항원 결합(F(ab)) 영역으로도 알려진 variable region (V)이 있습니다. 이 부분은 epitope 라고 하는 항원의 특정 부분에 단단히 결합합니다.

항체 염기는 constant domain인 (C)으로 구성되고 단편 결정화 영역(Fc)을 형성합니다. 이 영역은 면역 반응 동안 항체의 기능에 필수적입니다.

면역글로불린 (Ig)로 불리는 항체는 동물에게서 생성되어 항원에 특이적으로 결합할 수 있는 당단백질이다. 항체는 외부 물질의 침투에 반응하여 체내에서 만들어진다. 항체는 Y 모양의 단위 하나 혹은 여러개가 결합되어 있는 형태로 존재하며 4개의 폴리펩타이드 사슬로 구성된다. 각각의 Y는 상대적인 분자 무게에 따라 명칭 되어 2개의 heavy chain과 2개의 light chain을 가지고 있다. Y 모양의 상단은 변이 가능한 부분을 가지고 있으며, 이 부분은 항원 결합 부위 “Antigen binding site”라 불린다.

항체의 light chain는 카파 (κ) 혹은 람다 (λ) 유형 (작은 폴리펩타이드 구조적 차이에 기반함)으로 나뉘어 지지만 heavy chain은 각각의 항체의 class와 isotype을 결정지어 준다.

Heavy chains

그리스 문자로 표현되는 포유동물의 Ig heavy chain은 알파 (α), 델타 (δ), 엡실론 (ε), 감마 (γ), 뮤 (μ) 다섯 가지로 분류된다. 이들 사슬은 IgA, IgD, IgE, IgG 그리고 IgM 항체에서 각각 발견된다. 서로 다르게 구분되는 heavy chain은 사이즈와 구성도 각각 다르다. α 그리고 γ 는 대략 450개의 아미노산을 가지고 있고 μ 와 ε 은 대략 550개의 아미노산을 가지고 있다.

각각의 heavy chain은 2개의 영역을 가지며 constant region(불변 영역)과 variable region(가변영역)이 있다. Constant region은 동일한 isotype인 모든 항체에서는 동일하지만 다른 isotype에서는 항체마다 다르다. 

Light chains

 포유 동물에서는 두 가지 유형인 람다 (λ)와 카파 (κ)로 불리는 Light chain이 존재한다. Light chain은 두 가지의 연속적인 domain을 가진다: 하나는 constant region(불변 영역)  또 다른 부위는 variable region(가변영역) 이다. Light chain의 대략적인 길이는 211개에서 217개의 아미노산 서열로 이루어진다. 

각각의 항체는 동일한 2개의 Light chain를 가지는데  κ 혹은 λ는 포유동물에서 항체 별로 존재한다. 다른 유형의 Light chain인 아이오타 (ι) 사슬은 연골어류와 진골어류와 같은 하등 척추동물에게서 발견된다.

항체 isotypes

포유동물에서 항체는 Y units과 heavy chain의 유형에 기반하여 다섯 개의 isotypes 혹은 classes로 분류될 수 있다: IgG, IgM, IgA, IgD와 IgE 이다. IgG, IgM, IgA, IgD와 IgE의 heavy chain는 각각 감마, 뮤, 알파 델타와 엡실론으로 알려져 있다. Isotype은 하단 표에서 명시하듯이 생물학적 특징, 기능적 위치, 서로 다른 항원을 다루는 기능이 다르다.

Fab 와 Fc 부위

Direct-conjugated 항체는 Fc 부위에서 효소 혹은 형광 색소로 표지 되어있다. Fc 부위는 ELISA과정에 항체가 플레이트에 고정되도록 하고 또한 immunoprecipitation, immunoblots, immunohistochemistry 실험에서 2차 항체에 의해 인식된다. 항체는 단백질 효소 papain에 의하여 2개의 F(ab)와 한 개의 Fc region으로 잘리거나 단백질 효소 Pepsin에 의하여 hinge 부분에서 한 개의 F(ab)2와 한 개의 Fc 총 2개의 region으로 잘린다. 조각으로 세분화된 IgG 항체의 Fc region 혹은 Fab region은 각각의 특징을 이용하여 여러 실험에서 다양하게 사용될 수 있다. 

Chicken IgY

Polyclonal antibody(다클론성 항체)를 생산하기 위하여 rabbit 와 goat 보다도 chicken을 선택하면 여러 가지 장점들이 있다.

1. 포유동물의 conserved 단백질에 강한 결합력을 보이는 항체이다. Chicken은 포유동물과 유전적으로 상당히 달라서 강한 면역 반응을 나타내기 위해 rabbit 혹은 goat 보다도 포유동물의 항원 (특히 포유동물의 conserved 단백질)에 강한 결합력의 항체를 만들 수 있다.

2. 대량의 항체가 만들어진다. 한 마리의 chicken은 rabbit이 생성하는 양에 10-20배에 달하는 3g 의 IgY를 매달 생산할 수 있다. Egg에서 IgY를 편하게 보존하면서 실험자는 긴 시기 동안 이상 달걀을 보존하고 수집할 수 있으며 원하는 적정 농도와 결합력을 가진 항체를 지닌 egg로부터 IgY를 정제하면서 batch간의 variation을 감소시킬 수 있다.

3. IgY는 안정적인 항체이다. 이는 포유동물의 IgG와 다음과 같은 특징을 공유한다.

• Divalent 
• Fab 조각을 생산하기 위하여 papain에 의하여 분해
• 일반적인 절차에 의한 enzyme, biotin, gold로 labeling이 가능

4.  Chicken IgY의 Fc 부분은 포유동물의 IgG와 다르다. 이는 여러가지의 장점이 있다.

• 포유동물의 류머티즘 인자 혹은 자연적으로 생기는 포유동물의 항체에 결합하지 않도록 백그라운드를 줄여준다. (예. HAMA)
• 포유동물의 complement systems을 활성화시키지 않는다.
• 포유동물의 Fc 수용체에 결합하지 않는다.
• Staphylococcal 의 Protein A 혹은 G에 결합하지 않는다.
• Mouse와 rabbit 항체를 이용한 이중 면역염색 수행시 chicken의 IgY에 결합하는 2차 항체가 포유동물의 IgGs에 반응을 하지 않기 때문에 실험이 수월하다.