7강 / 20강

기저막과 기질 — 가위로 길을 낸다

제13장 「MMP로 기저막을 분해했다」

혈관 벽을 통과했습니다. 이제 종양 세포까지 가면 될까요?

아직 벽이 하나 더 있습니다. 혈관 바로 바깥에 기저막이 있고, 그 너머에 세포외기질(ECM) 이 콜라겐 그물로 얽혀 있습니다.

조직은 빈 공간이 아니다

고등학생가장 큰 짐이 통과 가능 여부를 정한다

좁은 문으로 이사를 한다고 해 봅시다. 옷·책·그릇은 다 들어가는데 소파가 안 들어갑니다.

그럼 이사가 되나요?

안 됩니다. 가장 큰 짐이 통과 여부를 정하니까요.

세포에서	크기
세포막 · 세포질	말랑말랑 — 좁혀진다
핵	단단하다 — 약 3 µm 아래로는 안 좁혀진다

세포가 지나갈 수 있는 가장 좁은 틈은 핵이 정한다

그래서 틈이 3 µm 보다 좁으면 기질을 잘라야 합니다.

세포가 좁은 틈을 지나는 두 가지 방법

방법	어떻게	언제
몸을 바꾼다	핵까지 눌러 변형시켜 틈으로 짜낸다	틈이 3 µm 보다 클 때
길을 낸다	MMP 로 콜라겐을 잘라 통로를 만든다	틈이 더 좁을 때

T세포는 아메바처럼 잘 변형되는 세포라 첫 번째를 주로 씁니다. 가장 단단한 부분이 핵이라, 핵이 통과할 수 있느냐가 문턱이 됩니다.

한계는 핵의 크기다 — 대략 3 µm

그보다 좁으면 자르는 수밖에 없고, 그때 MMP 가 나옵니다. 자르는 데는 시간이 걸리므로 훨씬 느려집니다.

고등학생MMP 는 왜 가위인가요

MMP(기질 금속단백질분해효소)는 콜라겐 같은 조직의 뼈대를 자르는 효소입니다.

그런데 아무 데나 자르면 큰일 아닌가요?

맞습니다. 그래서 세 겹으로 조절합니다.

조절	어떻게
잠긴 채로 만든다	프로-MMP 상태 — 잘라야 켜진다 (14강의 프로카스파아제와 같다)
억제자가 붙는다	TIMP 라는 단백질이 붙잡는다
세포 표면에 고정	막에 붙은 MT1-MMP — 자기 앞만 자른다

가위를 손에 묶어 두면 멀리 있는 것은 못 자른다

세 번째가 11강의 밀폐, 12강의 조준과 같은 발상입니다 — 위험한 것은 있는 자리로 제한합니다.

CAF — 종양이 그물을 더 촘촘하게 짠다

종양 조직에는 암 연관 섬유아세포(CAF) 라는 세포들이 있습니다. 정상 섬유아세포가 종양에 붙들려 성질이 바뀐 것입니다.

이들이 하는 일 중 하나가 콜라겐을 잔뜩 만드는 것입니다.

CAF 가 하는 일	CTL 에게
콜라겐을 많이 만든다	그물이 촘촘해져 못 지나간다
콜라겐을 나란히 배열한다	세포가 그 줄기를 따라만 다니게 된다
CXCL12 를 뿜는다	CTL 을 기질에 붙들어 종양 실질로 못 가게 한다

두 번째 줄이 배제형을 만든다

콜라겐 다발이 종양 덩어리를 둘러싸듯 배열되면, CTL 은 그 줄기를 따라 가장자리를 맴돌게 됩니다. 조직 사진에서 경계에만 T세포가 몰려 있는 그림이 이것입니다.

/traffic 12·15~17강이 이것을 숫자로 재는 법을 다룹니다.

핵이 통과할 수 있느냐가 문턱입니다. 그 아래에서는 자르는 속도가 이동 속도가 됩니다.

Python 브라우저에서 실행

# 핵의 크기가 문턱이다 -- 틈 크기에 따라 통과 시간이 어떻게 달라지나.
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

NUC_D = 5.0        # T세포 핵 지름 (um)
CRIT  = 3.0        # 이보다 좁으면 MMP 로 잘라야 한다 (um)

def speed(pore_um, mmp=1.0):
    if pore_um >= NUC_D:
        return 10.0                                  # 막힘 없음 (um/min)
    if pore_um >= CRIT:
        # 변형해서 짜낸다 -- 좁을수록 느리다
        return 10.0*((pore_um - CRIT)/(NUC_D - CRIT))**1.5 + 1.5
    # 잘라야 한다 -- MMP 활성에 비례, 훨씬 느리다
    return 0.35*mmp

pores = np.linspace(0.5, 7, 300)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8.5, 3.2))
for mmp, lab, c in ((1.0, "MMP 정상", "tab:green"), (0.2, "MMP 억제", "tab:red")):
    ax.plot(pores, [speed(p, mmp) for p in pores], lw=2, color=c, label=lab)
ax.axvline(CRIT, ls="--", c="gray"); ax.axvline(NUC_D, ls=":", c="gray")
ax.annotate("nucleus", (NUC_D, 8), fontsize=8, color="gray")
ax.annotate("MMP threshold", (CRIT, 8), fontsize=8, color="gray", ha="right")
ax.set_xlabel("pore size (um)"); ax.set_ylabel("speed (um/min)")
ax.legend(fontsize=8); plt.tight_layout(); plt.show()

print(f"T세포 핵 지름 : {NUC_D} um   ·   변형 한계 : {CRIT} um")
print()
print(f'{"틈 크기":>10}{"속도":>12}{"100 um 가는 데":>16}{"방법":>12}')
for p in (6.0, 4.0, 3.2, 2.0, 1.0):
    v = speed(p)
    how = "그냥 지나감" if p >= NUC_D else ("변형" if p >= CRIT else "잘라야 함")
    print(f"{p:>9.1f}u{v:>11.2f}{100/v:>14.0f}분{how:>14}")
print()
print("3 um 아래로 내려가면 속도가 뚝 떨어집니다.")
print("CAF 가 콜라겐을 촘촘하게 만드는 것이 정확히 이 문턱을 넘기는 일입니다.")

고등학생위 코드가 방금 무슨 일을 했나요

기질의 틈 크기를 바꿔 가며, CTL 이 그냥 지나갈 수 있는지 아니면 잘라야 하는지를 판정했습니다.

그래프의 세로선 두 개가 무엇인가요

선	뜻
핵 크기 (약 3 µm)	이보다 좁으면 몸을 못 좁힌다
자르기 문턱	이보다 좁으면 MMP 를 써야 한다

그리고 배제형(excluded)이라는 말이 나왔습니다. CTL 이 종양 둘레에는 잔뜩 있는데 안으로 못 들어간 상태예요.

"면역세포가 있다" 와 "닿았다" 는 다른 말이다

조직 사진에서 이 둘을 구별하는 것이 실제 병리 판독의 중요한 일입니다.

🤔 확인 문제

T세포가 조밀한 세포외기질을 통과할 때 속도를 제한하는 가장 큰 요인은?

🤔 확인 문제

CAF 가 만든 콜라겐이 '나란히 배열' 되는 것이 CTL 침윤에 미치는 영향은?