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1. 개요
membrane attack complex, MAC / 膜攻擊複合體막공격복합체는 보체계(complement system)의 작용으로 표적세포의 세포막 표면에 삽입되는 원통상의 구조물이다.
2. 구조
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| 막공격복합체의 구조 모식도 | 3차원 구조 |
일반적인 막공격복합체의 구조는 위 그림과 같이, 보체 조각들의 복합체이다. 정확히는 C5b, C6, C7, C8 보체 조각이 하나씩 이룬 복합체와 C9 분자 여러 개가 원통상을 이룬 구조물의 합이다.
3. 형성
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| 막공격복합체의 형성 |
세 가지 보체활성화경로인 보체활성화 고전경로, 렉틴경로, 보체활성화 대체경로를 통해 공통적으로 형성된 C5 전환효소(C5 convertase)는 C5를 C5a와 C5b 조각으로 나눈다. 이 중 작은 조각인 C5a는 아나필락시스 독소(anaphylatoxin)로서 염증 강화에 기여하지만, 큰 조각인 C5b는 제거 대상인 병원체나 면역복합체(immune complex)의 표면에 붙어 다음 결합 인자인 C6의 결합 자리를 제공한다. C5b는 그 자체로는 불안정한 상태이며, 따라서 C6이 와서 붙지 않아 안정화되지 못해 막공격복합체 형성이 불가능할 경우 빠르게 표면에서 떨어져 나와 불활성화된다.
C5b가 C6과 결합하여 C5bC6 복합체가 되는 데에 성공하면 세포막과의 결합이 강해져 안정화된다. C7이 C5bC6에 결합하면 C7의 입체 구조가 변화하여 표적세포의 막 안쪽으로 파고든다. 세포가 아닌 면역복합체나 기타 세포가 아닌 물질에 붙었던 경우, 이때 C7이 입체 구조를 변화시키며 노출시킨 소수성 부위가 불안정해져 떨어져 나오고, 조절단백질 S(비트로넥틴, vitronectin)와 결합하여 파괴된다.
C5bC6C7복합체에 C8이 와서 붙으면 마찬가지로 입체 구조가 변화하여 C8의 소수성 부위가 세포막 안으로 삽입되며 작은 구멍을 뚫는다. 그 후 여러 개의 C9 분자가 이 C5bC6C7C8 복합체와 결합한 후 중합체를 이루며 원통상을 이룬다.
4. 작용
병원체의 세포막(바이러스의 경우 바이러스막)에 구멍을 뚫어 다량의 물(혹은 외부의 체액)이 유입되도록 하여 사멸시킨다. 진핵세포에 막공격복합체로 인해 구멍이 뚫릴 경우 세포사멸에 관여하는 이차 전달 물질(second messenger)인 칼슘 이온(Ca2+)이 유입되어 비가역적인 세포사멸의 일종인 네크롭토시스(necroptosis)를 유발한다. 그람 음성 세균의 세포벽은 그람 양성 세균보다 얇기 때문에 이런 막공격복합체의 공격에 의해 쉽게 뚫릴 수 있다. 특히 나이세리아속(Nesseria spp.)에 속하는 임질균(N. gonorrhoeae)이나 수막구균(N. meningitidis) 등은 막공격복합체의 공격에 취약하다고 알려져 있다. 또한, 외피를 가지고 있는 다수의 바이러스들[1] 역시 막공격복합체 공격에 취약하다.직접적인 공격 외에도 막공격복합체가 백혈구를 활성화하는 인플라마좀(염증소체, inflammasome)의 활성화나 일부 사이토카인의 생산을 증진하여 염증 작용에 기여한다는 것이 알려져 있다. 앞서 설명했듯 Ca2+ 이온이 막공격복합체에 의해 유입되는데, 이러면 미토콘드리아 기질 내에서도 칼슘 이온 농도가 증가하여 인플라마좀 활성화와 사이토카인 생산 신호로 이어진다.
5. 조절
체내에서 막공격복합체 형성을 조절하는 대표적인 조절인자는 프로텍틴(protectin)으로도 불리는 CD59와 앞에서도 언급된 비트로넥틴(vitronectin, 단백질 S)이다. 둘은 서로 다른 기전으로 막공격복합체의 부적절한 작용을 조절하고 억제한다. 수용성 단백질의 일종인 비트로넥틴은 잘못 형성되어 방출된 C5bC6C7 복합체가 엉뚱한 숙주 세포[2]에 결합하여 문제를 일으키는 것을 막기 위해 C5bC6C7 복합체와 결합하여 파괴되도록 만든다. CD59는 우리 몸 세포의 표면에 존재하는 표면단백질로, C5bC6C7C8 복합체가 C9 분자들과 결합하는 것을 막아 우리 몸 세포가 막공격복합체에 의해 공격당하는 것을 방지한다.CD59 외에도 숙주 세포 표면의 다양한 표면단백질과 인자들은 막공격복합체를 이루는 보체들을 불활성화시켜 손상을 입지 않도록 한다. 또한, 아예 막공격복합체가 형성된 세포막 부분을 방출해 버리거나, 정반대로 그 부분을 세포내이입(endocytosis)시켜 리소좀의 가수분해 효소를 이용해 분해시켜 버리기도 한다.
6. 관련 질환
막공격복합체의 조절인자인 CD59(protectin)이 결핍된 경우 발작성야간혈색소뇨증(paroxysmal nocturnal hemoglobinemia, PNH)의 원인이 된다. 이 CD59가 결핍된 경우 막공격복합체가 과하게 활성화되어 우리 몸 내의 정상 적혈구의 표면에도 달라붙고, 이로 인해 적혈구들의 용해가 일어나게 된다. 이는 혈전과 빈혈, 그 중에서도 적혈구 파괴로 인한 용혈성 빈혈을 일으킨다. 보체활성화경로에서 C3 전환효소의 형성을 억제하는 DAF(decay-accelerating factor, 붕괴촉진인자; CD55) 역시 결핍되면 CD59 결핍과 비슷하게 보체계의 과도한 활성화로 이어져 PNH의 원인이 된다.이외에도 몇몇 자가면역질환들에서 지나치게 높은 보체단백질의 농도로 인해 숙주 세포가 막공격복합체 공격을 받고 파괴되는 것이 알려져 있다.
[1] 헤르페스바이러스, 레트로바이러스, 인플루엔자 바이러스 등.[2] 즉, 우리 몸 안의 정상 세포.