3강 / 20강

비스듬히 앉는다 — 그리고 거의 언제나 같은 방향으로

Garboczi 1996 · Rudolph 2006 · 도킹 극성이라는 이상한 규칙

1996년, 두 연구실이 거의 동시에 TCR–pMHC 복합체의 결정구조를 풀었습니다. 그때까지 아무도 모르던 것이 하나 드러났습니다.

TCR 은 홈 위에 똑바로 앉지 않는다 — 비스듬히 앉는다

홈은 두 개의 α나선이 만든 골짜기입니다. 그 사이에 조각이 누워 있어요. TCR 이 그 위를 덮는데, 나선과 나란히도 아니고 직각도 아닙니다. 대략 45도에서 70도 사이의 대각선입니다.

그리고 이상한 것은 방향이 거의 언제나 같다는 점입니다.

고등학생비스듬히 앉는다

TCR 이 MHC 위에 앉는 방식에 규칙 이 있다.

거의 언제나 같은 방향

TCR 의 α 사슬 이 MHC 의 α2 나선 쪽, β 사슬 이 α1 나선 쪽에 오도록 대각선 으로 앉는다.

도킹 각도	관찰
약 20~70°	거의 모든 구조에서
반대 방향	거의 없음

이것이 왜 이상한가

TCR 과 MHC 는 둘 다 단백질 이다. 물리적으로는 어느 방향으로든 붙을 수 있다.

그런데 수백 개의 구조 를 봐도 방향이 같다. 우연이 아니다.

물리적으로 가능한 것 중 하나만 일어나면 그것을 강제하는 이유가 있다

어느 쪽이 어디를 덮나

TCR 쪽	덮는 곳 (클래스 I)	덮는 곳 (클래스 II)
Vα (CDR1α·CDR2α)	α2 나선	β1 나선
Vβ (CDR1β·CDR2β)	α1 나선	α1 나선
CDR3α · CDR3β	가운데 — 조각 위

이 배치가 왜 중요한지는 /tcell 5강을 떠올리면 바로 보입니다.

🧬

CDR1 · CDR2

배선 유전자에 이미 적혀 있다. V 유전자를 고르는 순간 정해집니다. 사람마다 거의 같아요.

🎲

CDR3

이음매에서 새로 만들어진다. 무작위에 가깝고, 사람마다 다르고, 세포마다 다릅니다.

즉 미리 정해진 고리는 접시를 만지고, 새로 만든 고리는 조각을 만집니다. 이 대각선 배치가 그 분업을 가능하게 합니다.

고등학생왜 이 방향이어야 하나

설명	내용
배선 편향	TCR 유전자가 MHC 와 맞게 진화함 (4강)
신호 전달	CD3 와 보조수용체가 맞물리려면 방향이 정해져야
흉선 선택	그 방향으로 앉는 것만 통과 (4강)

두 번째가 실용적으로 중요하다

TCR 이 붙는 것만으로는 신호가 안 간다. CD3 복합체 가 함께 움직여야 하고, 보조수용체(CD4/CD8)가 같은 MHC 를 붙잡아야 한다(5강).

그러려면 기하학적으로 맞아야 한다. 반대로 앉으면 부품들이 안 맞물린다.

인식과 신호 전달이 같은 구조에서 일어나면 방향이 자유롭지 않다

왜 하필 그 방향인가 — 두 가지 답

① 배선에 새겨져 있다

TRAV·TRBV 유전자의 CDR1·CDR2 자리에 MHC 나선과 짝이 맞는 아미노산이 진화적으로 보존되어 있다. 그래서 방향이 정해진다. 4강에서 다룹니다.

② 보조수용체가 강요한다

CD8 은 α3 를, CD4 는 β2 를 붙잡는다. 그 다리가 한쪽에만 있으므로, Lck 를 TCR 근처로 데려오려면 TCR 이 그쪽으로 기울어야 한다. 5·13강에서 다룹니다.

지금 학계의 답은 둘 다입니다. 그리고 어느 쪽이 더 센지는 아직 완전히 결론나지 않았습니다. 4강에서 그 논쟁을 봅니다.

고등학생CDR 여섯 개가 어디에 닿나

TCR 에는 상보성 결정 부위(CDR)가 여섯 개 있다. α 사슬에 셋, β 사슬에 셋.

CDR	주로 닿는 곳	유래
CDR1 · CDR2	MHC 나선	V 유전자에 내장
CDR3	펩타이드	재조합 이음매

이 배치가 절묘하다

MHC 는 사람마다 다르지만 종류가 한정되어 있다. 그러니 유전자에 미리 적힌 CDR1/2 로 다룬다.

펩타이드는 거의 무한하다. 그러니 재조합으로 무한히 다양해지는 CDR3 로 다룬다.

고정된 것은 유전자로, 무한한 것은 재조합으로 — 역할 분담이 구조에 새겨져 있다

α 사슬과 β 사슬은 따로 등록되고 complex.id 로 묶입니다.

Python 브라우저에서 실행

# TCR 은 두 사슬이 짝을 이룬다 — 이 표에서 짝이 지어진 것을 세어 본다
import thla

d = thla.vdj()
paired = d[d["cid"] != "0"]
size = paired.groupby("cid")["gene"].nunique()
both = size[size == 2].index
print(f"전체 {len(d):,}줄 가운데 짝 번호가 붙은 줄 {len(paired):,}")
print(f"그 가운데 α 와 β 가 모두 있는 세포 {len(both):,}개")
print()
one = paired[paired["cid"] == both[0]].sort_values("gene")
print("한 세포를 펼쳐 보면")
for _, r in one.iterrows():
    print(f"   {r['gene']}  {r['v']:<12}{r['cdr3']:<20}{r['j']}")
print(f"   둘이 함께 보는 조각 : {one['epitope'].iloc[0]}  ·  접시 {one['mhc_a'].iloc[0]}")

고등학생예외도 있다

드물지만 반대 방향 으로 앉는 TCR 이 발견되었다.

사례	결과
역방향 도킹 TCR	붙기는 하는데 신호가 안 감

이것이 좋은 증거다

"방향이 정해진 것은 신호 때문" 이라는 가설을 예외가 확인해 준다.

반대로 앉아도 붙기는 한다 — 물리적으로 가능하다. 그런데 일을 못 한다.

예외가 규칙의 이유를 밝혀 주는 경우가 있다

🤔 확인 문제

TCR 의 CDR3 고리가 주로 만지는 것은?

🤔 확인 문제

CDR1 과 CDR2 가 사람마다 거의 같은 이유는?

🤔 확인 문제

도킹 극성이 거의 일정한 이유로 제시된 설명 두 가지는?