17강 / 20강

항체 — 분자가 분자를 알아보는 법

SI 「200 µg anti-mouse PD1 · 100 µg isotype control」

논문의 동물실험 한 줄입니다.

the mice received intraperitoneal (IP) injections of 200 µg
anti-mouse PD1 inhibitor … every two days.
The control group received 100 µg of isotype control (rat IgG2a isotype)

여기서 항체가 무엇이고, 아이소타입 대조가 왜 대조가 되는지 봅니다.

고등학생분자가 분자를 알아보는 법

이 논문의 실험 거의 전부에 항체가 나옵니다. 웨스턴블롯도, 유세포분석도, 치료제(항-PD1)도요.

항체 = 특정 분자에만 달라붙는 단백질

어떻게 알아보나

모양과 화학적 성질이 맞아야 합니다.

맞아야 하는 것	무엇
모양	튀어나온 곳과 들어간 곳이 맞물린다
전하	(+)와 (−)가 마주 본다
소수성	기름끼리 만난다 (3강)
수소결합	여러 개가 동시에 (2강)

약한 힘 여럿이 모여 강한 결합이 된다

2강의 그 이야기입니다

수소결합 하나는 약합니다. 그런데 열 개가 동시에 맞으면 아주 단단해져요.

그리고 딱 맞을 때만 여럿이 동시에 맞습니다. 조금만 어긋나면 하나도 안 맞아요.

이 전부 아니면 전무 성질이 특이성을 만든다

비유 — 열쇠와 자물쇠

열쇠의 모든 홈이 맞아야 돌아갑니다. 하나만 어긋나도 안 돌죠.

그래서 비슷한 열쇠로는 안 열립니다. 14강에서 본 인산기 넷 차이도 이렇게 구별하는 거예요.

Y 자 한 개의 구조

🔱

두 팔 끝 (Fab 의 CDR)

여기만 다릅니다. 무엇을 알아볼지 정하는 자리.

🦴

몸통 (Fc)

면역세포가 붙잡는 손잡이. 아이소타입이 여기서 정해집니다.

🔗

이황화결합

10강의 Cys 둘이 만나 사슬 넷을 꿰맵니다.

고등학생Cys 둘이 사슬 넷을 꿰맵니다

본문이 10강의 Cys 를 떠올리라고 합니다. 항체 구조가 어떻게 유지되는지요.

Cys 의 −SH 둘이 만나 −S−S− 다이설파이드 결합

이건 공유결합입니다

11강에서 배운 접힘의 힘들(소수성·수소결합)은 약한 힘이었죠. 다이설파이드는 공유결합이라 훨씬 셉니다.

결합	세기	언제 끊기나
수소결합	약함	열 · 세제
다이설파이드	공유결합	환원제가 있어야

SDS 만으로는 안 끊긴다 — 환원제가 따로 필요하다

그래서 웨스턴블롯에 DTT 나 β-머캅토에탄올을 넣습니다

방법 문단에 그 시약이 있는 이유가 이겁니다. 다이설파이드를 끊으려고요.

조건	무엇이 보이나
환원 조건 (환원제 O)	사슬이 따로따로 보인다
비환원 조건 (환원제 X)	사슬이 붙은 채로 보인다

조건에 따라 같은 단백질이 다른 위치에 나온다

6강에서 배운 kDa 예측이 여기서 헷갈릴 수 있어요 — 환원했는지 아닌지에 따라 기대 위치가 달라지니까요.

항체가 왜 튼튼해야 하나

항체는 혈액 속을 돌아다닙니다. 접힘이 풀리면 못 알아봐요.

그래서 공유결합으로 꿰매 두는 겁니다. 약한 힘만으로는 불안하니까요.

고등학생아이소타입 대조가 대조인 이유

/immunology 15강에서 배운 아이소타입 대조를 여기서는 화학으로 봅니다.

모양은 같고 표적만 없는 항체

항체의 두 부분

부분	무엇	대조군에서
가변부 (Fab 끝)	표적을 알아보는 자리	다르다 — 표적이 없다
불변부 (Fc)	면역세포를 부르는 자리	같다 ✔

알고 싶은 것만 다르고 나머지는 같다

왜 Fc 가 같아야 하나

Fc 부분이 그 자체로 면역 반응을 일으킵니다.

대식세포의 Fc 수용체에 붙는다
보체를 활성화한다
세포를 죽이게 만들 수도 있다 (ADCC)

그러니 대조군 항체도 같은 Fc 를 가져야 그 효과가 상쇄됩니다.

같은 종(rat) · 같은 아형(IgG2a) 이어야 하는 이유

종과 아형이 왜 중요한가

다르면	무슨 일
종이 다르면	생쥐가 남의 단백질로 인식해 항체를 만든다
아형이 다르면	Fc 수용체 결합이 달라 다른 반응이 나온다

화학적으로 최대한 같게 만들어야 대조가 된다

/immunology 15강에서 "차이를 하나로 줄이는 것" 이라고 배운 것이, 화학에서는 "분자를 최대한 같게 만드는 것" 입니다.

붙는 세기는 Kd 로 잰다

항체 + 항원 ⇌ 복합체 K_d = [항체][항원] / [복합체]

Kd 가 작을수록 세게 붙습니다. 항체는 보통 nM(10⁻⁹ M) 수준이에요 — 이 정도면 아주 낮은 농도에서도 표적을 붙잡습니다.

이 결합은 공유결합이 아닙니다. 2강의 수소결합·이온결합·소수성 효과가 여러 개 겹쳐서 만드는 것이라, 하나하나는 약한데 합치면 매우 셉니다.

12강의 Km 과 <b>똑같은 모양의 식</b>입니다. 반이 차는 지점으로 세기를 재는 것.

Python 브라우저에서 실행

# Kd 에 따라 표적의 몇 %가 붙잡히나
def 점유율(항체농도_M, Kd_M):
    return 항체농도_M / (Kd_M + 항체농도_M) * 100

농도 = 1e-8       # 10 nM 항체
print(f"항체 농도 {농도*1e9:.0f} nM 일 때 표적 점유율")
print()
for Kd, 설명 in [(1e-6, "약한 결합 (µM)"), (1e-8, "보통 (10 nM)"),
                 (1e-9, "좋은 항체 (1 nM)"), (1e-11, "아주 센 결합 (10 pM)")]:
    print(f"  Kd = {Kd:8.0e} M  {설명:18} → {점유율(농도, Kd):5.1f}% 가 붙는다")
print()
print("Kd 가 항체 농도와 같을 때 정확히 50%. 이것이 Kd 의 뜻이다.")
print("(Kd 값은 예시용 교과서 범위 — 논문에 이 값은 없다.)")

고등학생Kd — 네 번째 '반이 되는 지점'

코드 캡션이 말합니다 — "12강의 Km 과 똑같은 모양의 식".

Kd = 항체의 절반이 결합하는 항원 농도

읽는 법 — 작을수록 세다

Kd	뜻	세기
1 nM	아주 적은 농도로도 절반이 붙는다	세다
1 µM	1,000배 많아야 절반이 붙는다	약하다

1 nM 이 1 µM 보다 1,000배 세다

퀴즈가 이걸 묻습니다. 작은 쪽이 센 겁니다 — 헷갈리기 쉬우니 "적은 농도로도 붙는다" 로 외우세요.

왜 작을수록 센가

Kd 는 "떨어지려는 경향" 을 재는 값이기 때문입니다 (dissociation constant — 해리 상수).

잘 떨어지면 Kd 가 크다 = 약하다

'반이 되는 지점' 네 번째

값	절반이 되는 것	강
pKa	이온화	4강
Tm	가닥이 벌어짐	9강
Km	반응 속도	12강
Kd	결합	17강

네 개가 같은 발상이다 — 그래서 한 번만 이해하면 된다

실전에서 Kd 가 왜 중요한가

항체 약을 만들 때 Kd 가 충분히 작아야 합니다. 안 그러면 많이 넣어야 하고, 그러면 부작용이 커져요.

논문의 "200 µg anti-PD1" 같은 용량이 Kd 와 표적 개수에서 계산되어 나옵니다.

화학 상수 하나가 투여량을 정한다

🤔 확인 문제

아이소타입 대조 항체가 대조군으로 쓸모 있는 이유는?

🤔 확인 문제

Kd 가 1 nM 인 항체와 1 µM 인 항체 중 더 세게 붙는 쪽은?