3강 / 20강

수지상세포 — 정찰병이자 전령

제13장 「면역계의 정찰병이자 전령이다. 백신이 노리는 것은 오직 이 세포다」

이 이야기의 주인공은 수지상세포입니다. 소설의 표현대로 "백신이 노리는 것은 오직 이 세포" 입니다.

이름 그대로 나뭇가지처럼 생겼습니다(수지상, dendritic). 몸통은 작고, 거기서 뻗어 나온 돌기가 사방으로 길게 자랍니다.

이 세포가 하루에 훑는 조직액은 제 몸 부피의 수백 배

모양이 곧 기능입니다. 표면적을 늘려야 많이 훑을 수 있으니까요.

고등학생왜 나뭇가지 모양인가

수지상세포는 이름 그대로 나뭇가지처럼 생겼습니다. 몸통은 작은데 돌기가 사방으로 길게 뻗어 있어요.

모양에는 이유가 있습니다

이 세포의 일은 주변을 훑는 것입니다. 많이 훑으려면 표면적이 넓어야 해요.

그런데 몸을 통째로 키우면 부피도 같이 커집니다(2강의 세제곱!). 가지를 뻗으면 부피는 거의 안 늘면서 표면적만 확 늘어납니다.

같은 해법을 쓰는 것
허파꽈리 (산소를 많이 받으려고)
소장 융모 (영양을 많이 흡수하려고)
뿌리털 (물을 많이 빨아들이려고)

부피는 그대로, 표면적만 늘리기 — 생물이 반복해서 쓰는 수법입니다

두 가지 일을 순서대로 한다

수지상세포는 같은 세포가 시기에 따라 다른 일을 합니다. 이 전환이 이 강의의 4~5강입니다.

	미성숙 (조직에서)	성숙 (림프절에서)
하는 일	모은다	보여준다
삼키기	활발하다	멈춘다
표면의 MHC	적다	많다
CD80·CD86	거의 없다	많다 (10강)
CCR7	없다	있다 — 림프절로 간다 (5강)
움직임	제자리에서 돌기만 뻗는다	떠난다

모으기를 멈추고 보여주기로 갈아탄다

이 전환은 되돌릴 수 없습니다. 한 번 성숙하면 다시 정찰병이 되지 않습니다. 그래서 언제 갈아탈지가 중요한 결정이 됩니다 — 4강입니다.

왜 이 세포여야 하는가

항원을 삼켜서 조각내는 세포는 여럿입니다. 대식세포도, B세포도 합니다. 그런데 나이브 T세포를 처음 깨우는 일은 수지상세포가 거의 전담합니다.

이유	내용
1	림프절로 간다. 대식세포는 대개 그 자리에 남는다
2	보조자극이 세다. CD80·CD86 을 가장 많이 내건다 (10강)
3	교차제시를 한다. 밖에서 삼킨 것을 MHC I 에 실을 수 있다

세 번째가 이 백신에 결정적입니다.

교차제시 — 규칙을 하나 어기는 일

원칙은 이렇습니다.

세포가 스스로 만든 단백질 조각  ->  MHC I   -> CD8⁺ T세포 (죽이는 쪽)
밖에서 삼킨 것의 조각        ->  MHC II  -> CD4⁺ T세포 (돕는 쪽)

그런데 수지상세포는 예외를 갖고 있습니다. 삼킨 것을 세포질로 빼내 MHC I 에 실을 수 있습니다. 이것이 교차제시 입니다.

이 예외가 없으면 암 백신이 성립하지 않는다

종양 세포를 직접 건드리지 않고도 종양을 죽일 CTL 을 만들 수 있는 것이 이 우회로 덕분입니다.

다만 이 백신에서는 교차제시가 필수는 아닙니다. mRNA 가 수지상세포 안에서 번역되므로, 만들어진 폴리에피토프는 자기가 만든 단백질이라 원래 경로대로 MHC I 로 갑니다. 교차제시가 중요해지는 것은 19~20강의 에피토프 스프레딩에서입니다.

고등학생삼키기를 그만두고 보여주기로 갈아탄다

수지상세포는 같은 세포가 시기에 따라 다른 일을 합니다.

	정찰병일 때	전령일 때
하는 일	모은다	보여준다
삼키기	열심히	멈춘다
위치	조직에 가만히	림프절로 떠난다

왜 삼키기를 멈추나요

이제 할 일이 바뀌었기 때문입니다. 계속 삼키면 표면이 계속 바뀌어서 보여줄 것이 정해지지 않아요.

사진을 찍고 나서 계속 셔터를 누르면 안 되는 것과 비슷합니다. 한 장을 정해서 들고 가야 합니다.

그리고 이 전환은 되돌릴 수 없습니다. 그래서 언제 갈아탈지가 중요한 결정이 됩니다 — 다음 강입니다.

정확한 값이 아니라 자릿수를 위한 계산입니다. 요점은 가지가 표면적을 몇십 배로 만든다는 것.

Python 브라우저에서 실행

# 왜 나뭇가지 모양인가 -- 표면적과 훑는 부피를 셈해 봅니다.
import numpy as np

r_body = 7.5e-6                 # 세포 몸통 반지름 (m), 지름 15 um
def dendrite_area(n, length_um, radius_um=0.15):
    L, R = length_um*1e-6, radius_um*1e-6
    return n * (2*np.pi*R*L)    # 원기둥 옆면

body_area = 4*np.pi*r_body**2
print(f"몸통만일 때 표면적        : {body_area*1e12:8.1f} um^2")
print()
print(f'{"돌기 수":>8}{"길이":>8}{"돌기 표면적":>14}{"총 표면적":>12}{"몸통 대비":>10}')
for n, L in ((0, 0), (10, 10), (30, 20), (60, 40)):
    a = dendrite_area(n, L) if n else 0
    tot = body_area + a
    print(f"{n:>8}{L:>7}um{a*1e12:>13.0f}{tot*1e12:>12.0f}{tot/body_area:>9.1f}x")
print()

# 훑는 부피 -- 돌기가 쓸고 지나가는 공간
V_cell = 4/3*np.pi*r_body**3
sweep_per_day = 60*(40e-6)*np.pi*(2e-6)**2*3600*24/60    # 거친 어림
print(f"세포 자체 부피            : {V_cell*1e18:8.0f} um^3")
print(f"하루에 훑는 부피 (어림)   : {sweep_per_day*1e18:8.0f} um^3")
print(f"제 몸 부피의              : {sweep_per_day/V_cell:8.0f} 배")
print()
print("몸을 키우지 않고 표면적만 늘리는 방법이 '가지' 입니다.")
print("허파꽈리도, 소장 융모도, 뿌리털도 전부 같은 해법입니다.")

고등학생위 코드가 방금 무슨 일을 했나요

돌기의 개수와 길이를 바꿔 가며 표면적을 계산했습니다.

모양	표면적
몸통만 (공 모양)	기준
돌기 10개, 10 µm	몇 배
돌기 60개, 40 µm	수십 배

계산이 쓴 식

돌기 하나는 가느다란 원기둥입니다. 옆면 넓이는 2πrL 이에요. r 이 작아도 L 이 길고 개수가 많으면 합이 커집니다.

중학교 도형 넓이 공식이 세포 모양을 설명합니다.

🤔 확인 문제

수지상세포가 나이브 T세포를 처음 활성화하는 일을 거의 전담하는 이유로 알맞지 않은 것은?

🤔 확인 문제

미성숙 수지상세포와 성숙 수지상세포의 차이로 옳은 것은?