인간의 면역 체계는 태어나기 훨씬 전부터 '작동할 준비가' 되어 있다

과학자들은 감염과 암으로부터 면역 세포를 보호하도록 훈련하는 필수 기관인 인간의 흉선 발달에 대한 최초의 공간 지도를 작성함으로써 평생 면역의 기반이 이전에 생각했던 것보다 일찍 확립된다는 사실을 발견했습니다.

벨기에 겐트 대학의 웰컴 샌거 연구소와 협력자, 국립보건원 국립알레르기감염병연구소 등의 연구자들은 면역세포 발달의 주요 차이점을 발견했습니다. 이러한 이해는 과학자들이 암과 싸우거나, 연령에 따른 면역 저하에 대처하거나, 이식 거부 위험을 예방하기 위해 체외에서 면역세포를 조작하는 데 도움이 될 수 있습니다.

오늘(11월 20일) Nature 에 발표된 이 연구는 인체의 모든 세포 유형을 매핑하는 국제 Human Cell Atlas(HCA) 이니셔티브의 일부입니다 . 1 흉선 샘플이 출생 전후에 어떻게 변하는지 연구하여 얻은 통찰력은 미래 연구자들이 인공 흉선을 생성하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 노인이나 면역 체계가 약한 사람들을 위한 치료용 면역 세포를 설계하는 첫 번째 단계입니다.

이 논문은 Nature Portfolio 저널에 게재된 40건 이상의 HCA 논문 모음 중 하나로, 인체에 대한 우리의 이해에 있어 중요한 도약을 나타냅니다.

면역 체계는 다양한 T 세포, 즉 백혈구의 일종을 통해 신체를 감염과 암으로부터 보호합니다. T 세포는 먼저 신체의 건강한 세포를 공격하지 않고 위협을 인식하도록 훈련되어야 합니다. 흉골 뒤에 있는 작은 기관인 흉선은 이 중요한 T 세포 훈련이 일어나는 곳입니다.

흉선이 제대로 작동하지 않으면 면역력이 약화되거나 자가면역 질환이 발생할 수 있습니다. 즉, 신체가 실수로 자기 자신을 공격하여 1형 당뇨병이나 류마티스 관절염과 같은 질병을 유발합니다.

그 중요성에도 불구하고 흉선의 초기 발달에 대해서는 알려진 바가 거의 없는데, 흉선은 유아기에 주로 기능하고 이후 수명에 따라 점차 퇴화되기 때문이다 2 . 흉선의 초기 단계를 연구하면 나이가 들면서 면역력이 약해지고 노인이 감염에 취약해지고 백신에 덜 반응하는 이유를 이해할 수 있을 것이입니다(3).

이번 새로운 연구에서 웰컴 샌저 연구소의 연구자들과 협력자들은 단일 세포 시퀀싱과 고급 공간 매핑 기술을 사용하여 임신 11주 후부터 3년 후까지의 샘플에서 흉선과 T 세포 발달을 추적 했습니다.

연구진은 이 기관의 기본적인 구조와 기능이 임신 후 12주 만에 확립된다는 사실을 발견했는데, 이는 임신 초기 요인이 이전에 알려졌던 것보다 평생 면역 기능에 더 큰 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

연구팀은 다양한 T 세포 유형 5 의 발달에서 주요 차이점을 발견했습니다 . 일부는 다른 면역 세포를 지시하여 면역 반응을 조율하는 데 도움이 되고, 다른 일부는 감염되거나 암세포를 직접 공격합니다. 이러한 이해는 암 치료를 위해 면역을 선택적으로 증가시키거나 자가면역 질환 및 이식을 위해 면역을 억제하는 새로운 T 세포 공학 치료법에 정보를 제공할 수 있습니다.

연구자들은 또한 흉선에서 중요한 지지 세포를 생성하는 전구 세포의 위치를 ​​발견했는데, 이 세포는 또한 신체의 환경을 모방하여 T 세포가 자기에게 반응하지 않도록 합니다. 이는 앞으로 연구자들이 노인이나 면역 체계가 약한 사람들을 위한 재생 면역 요법을 위한 인공 흉선을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구의 주요 성과는 OrganAxis라는 표준화된 고해상도 공간 매핑 방법을 만들어낸 것입니다. 이 방법은 다양한 발달 단계에 걸쳐 흉선 샘플의 구성과 구조적 조직을 이전보다 훨씬 높은 해상도로 비교합니다. 이 접근 방식은 간이나 신장과 같이 시간이 지남에 따라 상당히 변하거나 개인마다 크게 다른 다른 장기에도 적용될 수 있습니다.

이전에 Wellcome Sanger Institute와 EMBL-EBI에 있었고 현재 University of Cambridge의 Cambridge Stem Cell Institute에 근무하는 이 연구의 공동 1저자인 Nadav Yayon 박사는 "흉선은 평생 면역을 설정하는 데 독특하게 중요하지만, 지금까지는 완전히 다른 기관처럼 보였기 때문에 다른 발달 단계를 비교하는 것은 거의 불가능했습니다. OrganAxis를 사용하면 개별적으로 볼 때 눈에 띄지 않는 숨겨진 속성을 발견하기 위해 다양한 공간 데이터 세트를 통합할 수 있습니다. 하이커가 랜드마크를 사용하여 길을 찾는 것처럼 주요 구조를 참조 지점으로 사용하여 구조가 일찍 형성되는 방식을 확인하고 시간이 지남에 따라 T 세포 훈련을 추적할 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 연구의 공동 1저자이자 이전에 웰컴 샌저 연구소에 있었고, 현재 케임브리지 대학의 케임브리지 줄기세포 연구소에 근무하고 있는 베로니카 케들리안 박사는 "우리의 건강한 흉선 발달 아틀라스는 특히 노인이나 흉선 결핍증이 있는 사람들의 면역을 강화하는 새로운 전략으로 이어질 수 있습니다. 우리는 이미 이 리소스를 연령 관련 면역 변화와 디조지 증후군과 같은 질환을 연구하는 데 적용하고 있습니다. 디조지 증후군은 어린이가 흉선이 제대로 기능하지 않고 태어나 감염에 매우 취약한 질환입니다."라고 말했습니다.

이 연구의 수석 저자이자 이전에 Wellcome Sanger Institute에 있었고 현재 Cambridge Stem Cell Institute, University of Cambridge에 근무하는 Human Cell Atlas의 공동 설립자인 Sarah Teichmann 박사는 "이 흉선 지도는 단일 세포 분해능과 전사체 폭을 갖춘 최초의 인간 장기 전체 모델입니다. 이는 Human Cell Atlas에서 세포별로 인간 생물학을 이해하려는 노력에서 중요한 퍼즐 조각을 나타냅니다. 흉선이 면역 세포를 초기 단계부터 교육하는 방식을 이해함으로써 면역 결핍과 자가면역 질환에 대한 통찰력을 얻고 있습니다. 이 지도는 면역 반응을 강화하거나 교정하는 치료법을 개발하는 데 중요한 관점을 제공합니다."라고 말했습니다.

무료로 이용 가능한 발달 중인 인간 흉선 공간 데이터는 여기 웹 포털을 통해 탐색할 수 있습니다: https://cellxgene.cziscience.com/collections/fc19ae6c-d7c1-4dce-b703-62c5d52061b4

2. 이 연구는 인간 건강을 이해하고 질병을 진단, 모니터링, 치료하기 위한 기초로서 모든 인간 세포의 포괄적인 참조 지도를 만드는 국제 Human Cell Atlas(HCA) 컨소시엄의 일부입니다. HCA는 인간 건강을 이해하고 질병을 진단, 모니터링, 치료하기 위한 기초로서 모든 인간 세포(생명의 기본 단위)의 포괄적인 참조 지도를 만드는 것을 사명으로 하는 국제 협력 컨소시엄입니다. HCA 커뮤니티는 인체의 이정표인 Atlas를 만들기 위해 고품질의 조직, 장기 및 시스템 Atlas를 제작하고 있습니다. 100개국 이상에서 온 3,500명 이상의 HCA 회원이 전 세계 인류에게 이로운 다양하고 접근 가능한 Atlas를 달성하기 위해 함께 노력하고 있습니다. 발견은 이미 진단에서 약물 발견에 이르기까지 의료 응용 분야에 정보를 제공하고 있으며, Human Cell Atlas는 생물학과 의료의 모든 측면에 영향을 미쳐 궁극적으로 정밀 의학의 새로운 시대로 이어질 것입니다. https://www.humancellatlas.org
3. 흉선은 발달과 활동이 매우 독특합니다. 흉선이 기능하지 않고 태어난 어린이는 T 세포가 부족하고 감염에 매우 취약합니다. 예를 들어 SCID와 같은 심각한 면역 결핍증이 있는 어린이는 감염에 매우 취약하지만 수술 중 심장에 접근하기 위해 건강한 흉선을 제거한 어린이는 기능하는 면역 체계를 유지합니다. 이는 흉선이 특히 삶의 초기에 필수적인 역할을 하여 T 세포를 훈련하고 평생 면역을 설정한다는 것을 보여줍니다. 흉선 노화 과정에서 흉선의 T 세포 성장 영역이 지방 조직으로 대체되어 T 세포 생산이 감소하고 면역 체계가 약화됩니다.
4. C. Kellogg(2020) 'COVID-19 질병 중증도에서 흉선의 역할: 항체 치료 및 면역화에 대한 의미' Human Vaccines & Immunotherapeutics. DOI: 10.1080/21645515.2020.1818519
5. 흉선 샘플은 벨기에의 뉴캐슬 대학교, 국립보건원, 겐트 대학교에서 제공되었습니다.
6. 흉선에서 특수 세포는 우리 면역 체계에 필수적인 T 세포를 발달시키는 데 도움이 됩니다. 흉선의 일부 세포는 우리 몸의 세포를 모방하여 T 세포에 '정상'인 것과 그렇지 않은 것을 가르치고, 다른 세포는 게이트키퍼 역할을 하여 T 세포가 이 훈련을 완료하고 계속 나아갈 준비가 되었는지 확인합니다. 이것은 필수적입니다. 이러한 세포가 올바른 신호를 제시하지 못하고 T 세포가 올바르게 학습하지 못하면 면역 체계가 실수로 건강한 조직을 공격하여 자가면역 질환을 일으킬 수 있습니다. 이러한 세포는 흉선에서 '교사' 역할을 하여 다양한 자가 단백질을 발달하는 T 세포에 제시합니다. 이 연구에서 중요한 발견 중 하나는 감염되거나 암세포를 죽이는 것으로 알려진 CD8 세포가 되는 T 세포가 면역 반응을 조절하는 데 도움이 되는 CD4 세포에 비해 다음 발달 단계로 이동하기 전에 흉선 피질에 더 오래 머무른다는 것입니다.. .

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241120121641.htm