성장과정에 따른 면역글로불린 kappa경쇄 제3상보성결정부위의 아미노산 수의 변화

Abstract

B 림프구의 항원 수용체 κ경쇄의 제3상보성결정부위 (CDR3)는 항원 결합부위의 중앙에 위치하고 항체의 특이성에 필수적인 부위이다. κ경쇄의 CDR3는 주로 9개 또는 10개 아미노산으로 구성되며 11개 아미노산 수의 CDR3는 N-region 첨가 없이는 불가능하다. 면역글로블린 경쇄의 V-J 결합부위에는 N-region 첨가는 없다고 알려져 왔다. 그러나 최근 정상인의 말초혈액 B 림프구와 CD5+ B 림프구 에서 11개 아미노산 길이 CDR3를 가지는 κ전사체가 발견되었고, 류마티스 관절염과 같은 자가면역 질환에서 11개 아미노산 길이의 CDR3를 가지는 κ전사체의 발현이 증가되어 있다는 증거들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 정상 성장과정과 자가면역 질환에서의 면역글로블린 κ경쇄 CDR3 부위의 아미노산 수의 변화를 관찰하여 κ경쇄의 N-region 첨가를 분석하고, N-region첨가에 의한 비정상적으로 긴 CDR3를 가진 κ경쇄의 세포적 기원을 규명하고자 CD5+ B 림프구와 CD5- B 림프구로 분리한 태아간 조직과 제대혈, 정상 성인 말초혈액, 류마티스 관절염 환자의 말초혈액과 활막조직, 가와사끼 병 환아의 말초혈액을 대상으로 Humkv325로부터 유래한 κ경쇄의 CDR3 아미노산 수를 2단계 PCR을 이용한 fingerprint법으로 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 정상 성인에서 11개 아미노산 수의 CDR3 κ 전사체는 낮지만 개체간에 공통적으로 발현되었다. 2. 태아기의 태아 간 조직과 제대혈에서 11개 아미노산 수의 CDR3 κ전사체의 발현양상은 정상 성인과 유사하였고 CD5+ B 림프구와 CD5- B 림프구간의 발현양상의 차이는 관찰되지 않았다. 3. 류마티스 관절염 환자에서 11개 아미노산 수의 CDR3 κ전사체의 발현은 정산인에서보다 증가되어 있었으며, 류마티스 관절염 환자의 활막조직에서 말초혈액보다 증가된 소견을 보였다. 4. 가와사끼병 환아에서 11개 아미노산 수의 CDR3 κ전사체의 발현은 급성기와 아급성기에서 증가하였다가 회복기에는 정상소아의 수준으로 감소하였다. 이상의 결과로 개체 성장과정 동안 면역글로블린 κ경쇄의 N-region 첨가는 빈도가 높지는 않으나 성장 초기부터 지속적으로 일어나는 보편적인 현상으로 성장과정이나 CD5+ B 림프구에 따른 변이는 존재하지 않으나, 자가면역 질환에서는 정상인에서보다 증가되며 급성 자가면역 반응에서 만성 자가면역 반응보다 현저히 증가됨을 알 수 있었다. 따라서 비정상적으로 긴 CDR3를 가진 κ경쇄의 발생기전은 성장과정이나 CD5+ B 림프구에서 κ경쇄 재조합 과정의 dysregulation 보다는 항원에 의해 선택되어진 자가면역반응의 결과로 생각된다. κ경쇄 CDR3 부위의 아미노산 수의 변화가 발생한 항원수용체를 지닌 B 림프구의 클론성 선택은 류마티스 관절염을 포함하는 B 림프구에 의해 매개되는 각종 자가면역질환의 발병기전에 관여할 것으로 생각되며, 이와같은 클론성 팽창을 보이는 비정상적으로 긴 CDR3를 가지는 κ전사체를 재조합함으로서 자가면역질환의 원인 항원 검색에 사용될 수 있을 것이다. ; The third complementarity determining region(CDR3) of the immunoglobulin kappa chain is known to be located at the center of antigen binding groove and critical for antibody specificity. The amino acid codon length of CDR3 region of kappa chain is usually 9 or 10. A CDR3 region of 11 amino acids is possible only through N-region addition. N-region addition had not been recognized at Vκ-Jκjoins of immunoglobulin light chain. However, there is substantial evidence that N-region addition occurs in Vκ-Jκjoins derived from peripheral blood and CD5+ B lymphocytes of normal individuals and kappa chain containing CDR3 with 11 amino acids is overexperssed in autoimmune disease such as rheumatoid arthritis(RA). To determine N-region addition in Vκ-Jκjoins of immunogloulin light chain and generation mechanism of kappa transcripts with unusually long CDR3 during normal development and in autoimmune disease, we used two-stage PCR to analyze CDR3 lengths of Humkv325-derived kappa chains expressed in lymphocytes drawn from CD5+ and CD5- seperated fetal liver and cord blood, peripheral blood of adults, peripheral blood and synovial tissue of long-standing RA patients and peripheral blood of kawasaki disease patients. The results were as fellows; 1. A low but constant expression of immunoglobulin kappa chains with 11 amino acid codons in CDR3 region was found in normal adults. 2. Expression of immunoglobulin kappa chains with 11 amino acids CDR3 in cord blood and fetal liver was similar to adult and there was no significant difference between CD5+ and CD5- B lymphocytes. 3. In RA patients, there was enhanced expression of kappa chains containing CDR3 of 11 amino acids compared to normal individuals. This enhanced expression of kappa chains containing CDR3 of 11 amino acids was more pronounced in synovial lymphocytes compared to PBLs of the same RA patients. 4. In kawasaki disaese parients, kappa chains containing CDR3 of 11 amino acids were over-expressed in acute and subacute stages of the disease course and rapidly returned to normallevel in convalescent stage. Collectively, N-region addition of immunolobulin κchain is an universal process which occurs throughout the development of an individual and there was no biased expression during the development or in CD5+ B lymphocytes. Enhanced expression of kappa chains containing unusually long CDR3s was found in autoimmune diseases with more process compared to chronic. Therefore enrichment of kappa chains with unusually long CDR3s could be result of antigen selection process rather than abnormal regulation of immunoglobulin rearrangement. Selection of B lymphocytes bearing antibodies of unusual specificities due to changes in CDR3 domain length may have important implications regarding pathogenesis of autoimmune diseases. Recombinant antibodies synthesized from these immunoglobulins of unusual specificies can provide a valuable tool in search for etiologic antigen in various autoimmune diseases.