볼프강 카스테뮐러와 게오르그 가스타이거가 이끄는 연구팀은 혁신적인 현미경 기술을 사용하여 바이러스 감염 과정에서 T세포라고 알려진 특정 면역 세포가 어떻게 활성화되고 증식하는지 관찰했으며, 이 연구 결과로 새로운 면역 메커니즘을 밝혀냈다. 면역 체계는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 표적화된 방식으로 방어 세포를 증폭시킨다.

T세포는 면역 반응 동안 증식하고 특수성을 갖게 되
T세포는 면역 체계에서 중요한 방어 세포이다. 체내에서 감염된 세포를 효과적으로 찾아 파괴하기 위해서는 적절한 특이성을 가진 희귀 T세포가 증식, 확장, 그리고 분화되어야 한다. T세포 프라이밍(T-cell priming)으로 알려진 이 과정은 T세포가 림프절에서 수지상 세포(DC)를 만나면서 시작된다. 이 세포들은 병원체의 단편인 항원을 T세포에 제시하고 다양한 신호를 통해 활성화한다.

활성화 과정은 약 24시간 동안 지속한다. 이 시간 동안 T세포는 수지상 세포와 접촉하여 특수화하라는 지시를 받는다. 그 후 T세포는 분리되어 이동하고 빠르게 증식한다. 어떤 세포는 병원균과 즉시 싸우는 효과 세포로 발달하고, 어떤 세포는 기억 세포로 발달하여 향후 감염 시 신속한 대응을 가능하게 만든다.

가장 효과적인 T세포만 선택
면역 체계는 엄청나게 다양한 T세포 풀에서 특정 병원체를 특이하게 인식할 수 있는 T세포를 신속하게 식별해야 하는 어려운 과제에 직면한다. 이렇게 선별된 T세포는 "프라이밍" 과정에서 클론적으로 증폭된다.

카타지나 조빈과 딕샤 시타라마는 이 연구의 제1 저자입니다. 딕샤 시타라마는 "T세포 활성화가 하나가 아닌 두 개의 뚜렷한 단계로 이루어진다는 것을 발견했습니다. 프라이밍의 첫 번째 단계는 광범위한 특정 T세포를 활성화하는 역할을 하지만, 새롭게 발견된 두 번째 단계는 병원체를 가장 효과적으로 인식할 수 있는 T세포를 선택하고 특이적으로 증폭하는 역할을 합니다. 이를 통해 면역 반응이 최대 효율을 위해 최적화됩니다."라고 카타지나 조빈은 설명한다.

"지금까지는 처음에 활성화된 세포들이 '자동 조종'으로 기능을 계속하는 단 하나의 단계만 존재한다고 여겨졌습니다. 하지만 이전에는 가장 적합한 세포가 선택되는 과정이 알려지지 않았습니다."라고 볼프강 카스테뮐러는 덧붙였다.

연구 결과는 향상된 치료 접근 방식으로 이어질 수 있어
연구팀은 면역 반응의 여러 단계가 T세포의 주기적인 활성화 과정에 의해 촉진된다는 것을 발견했다. 초기 상호작용 이후, T세포는 탈감작 기간을 거치는데, 이 기간에 T세포 수용체를 통해 추가 신호를 감지할 준비가 되기까지 2~3일이 걸린다. 이는 새롭게 발견된 두 번째 단계의 시작을 알리는 신호로, T세포는 재교육을 받고 더욱 활성화된다.

과학자들은 이 두 번째 단계에서 T세포가 수지상 세포와 재집결하여 다시 활성화되어 증식과 특화를 강화한다는 것을 보여줄 수 있다. 이는 CD8 T세포의 CXCR3 발현 덕분에 접근할 수 있는 특정 림프절 영역에서 발생한다. 이 림프절에서 T세포는 CD4 헬퍼 T세포로부터 IL-2를 받는다. 이 신호가 없으면 CD8 T세포는 최적으로 증식할 수 없으며, 이것이 항원 결합력이 강한 CD8 T세포가 두 번째 단계를 지배하고 면역 반응의 정점에 풍부하게 존재하는 이유이다.

만성 감염과 암에서는 활성화와 탈감작이 반복적으로 나타나는데, 이는 이번 연구 결과가 암을 표적으로 하는 면역치료와 특히 관련이 깊다는 것을 보여준다. 여기에는 환자 자신의 T세포를 활용하는 특정 백혈병과 림프종 치료에 사용되는 치료법이 포함된다. 이러한 세포는 실험실에서 유전자 변형된 후 주입을 통해 체내에 재주입된다. CAR T세포로 알려진 이 변형된 세포는 암세포를 특이적으로 인식하고 공격하도록 설계되었다.

연구진은 이번 연구를 통해 얻은 새로운 통찰력이 T세포 기반 치료법을 최적화하는 방법에 대한 이해를 심화하고, 이러한 치료법이 때때로 실패하는 이유를 밝혀낼 수 있기를 기대하고 있다.

막스 플랑크 연구 그룹
막스 플랑크 시스템 면역학 연구 그룹은 뷔르츠부르크 율리우스 막시밀리안 대학교(JMU)와 막스 플랑크 학회(MPG)의 협력 연구 그룹으로, 우수한 면역학 연구를 장려하는 것을 목표로 한다. 20개국 이상에서 온 약 50명의 연구자가 감염원, 만성 염증성 질환, 그리고 종양에 대한 성공적인 면역 반응의 기초를 이해하기 위해 협력하고 있다. 연구 그룹의 목표는 백신과 면역요법에 대한 새로운 개념과 전략을 개발하는 것이다.

이를 위해 본 연구진은 면역 체계의 발달과 기능을 다층적으로 연구하고 있다. 단일 분자와 세포에 대한 고해상도 분석을 수행하고, 장기 내 복잡한 세포 네트워크를 분석하며, 신체 및 환경과의 체계적 상호작용을 탐구하고 있다. 이러한 연구 목표는 뷔르츠부르크 생명과학 캠퍼스에서 국제적으로 주목을 받는 감염성 질환 및 면역치료 연구와도 긴밀히 연계되어 있다.

참조:
Katarzyna Jobin, Deeksha Seetharama, Lennart Rüttger, Chloe Fenton, Ekaterina Kharybina, Annerose Wirsching, Anfei Huang, Konrad Knöpper, Tsuneyasu Kaisho, Dirk H. Busch, Martin Vaeth, Antoine-Emmanuel Saliba, Frederik Graw, Alain Pulfer, Santiago F. González, Dietmar Zehn, Yinming Liang, Milas Ugur, Georg Gasteiger, Wolfgang Kastenmüller. A distinct priming phase regulates CD8 T cell immunity by orchestrating paracrine IL-2 signals. Science, 2025; 388 (6743) DOI: 10.1126/science.adq1405