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phagocytosis

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Phagocytosis

Phagocytosis (“cell eating”)는 면역 세포가 phagosome이라고 불리는 큰 endocytic vesicle을 사용하여 큰 입자(미생물, 죽은 세포 등)를 섭취하는 endocytosis의 특수한 형태이다.12 면역세포 특이적인 현상이다.

Phagocytosis와 Macropinocytosis의 차이

Phagocytosis는 목적과 메커니즘 모두에서 macropinocytosis와 구별된다.

포유류의 두 가지 중요한 white blood cell 부류:

  1. Macrophage
  2. Neutrophil

이들은 hemopoietic stem cell에서 발달하며, 침입하는 미생물을 섭취하여 감염으로부터 우리를 방어한다. 미생물 특유의 물질을 인식하는 receptor가 있고, 이에 더해 Opsonization을 통한 식균작용을 수행함.2 이는 항원에 항체가 결합하여 덩어리를 만들고, 항체를 인식하는 receptor에 의해 유도된 phagocytosis가 항원들을 한꺼번에 제거하는 것.

노화 및 사멸 세포의 제거

Macrophage는 다음을 제거하는 중요한 역할도 한다:

  • 노화 세포 (senescent cell)
  • Apoptosis로 죽은 세포

양적 측면에서 이것이 가장 중요하다. 예를 들어, 우리의 macrophage는 매일 각 사람에서 10^11개 이상의 노화된 red blood cell을 phagocytose한다.

Phagosome의 크기

Phagosome의 직경은 섭취된 입자의 크기에 의해 결정되며, 이러한 입자는 phagocytic 세포 자체만큼 거의 클 수 있다.23

Phagosome의 운명

Phagosome은 endosome이 되어 lysosome과 융합하고, 섭취된 물질이 분해된다. :2

  • 소화되지 않는 물질은 lysosome에 남아 residual body를 형성
  • Residual body는 exocytosis로 세포에서 배출될 수 있음

일부 내재화된 plasma membrane 성분은 lysosome에 도달하지 않는다:

  • Phagosome에서 transport vesicle로 회수됨
  • Plasma membrane으로 반환됨

메커니즘

메커니즘 별로 다른 PIP의 종류

  1. Phagocytosis는 cargo-triggered process이다:
  • Cell-surface receptor의 활성화 필요
  • Receptor가 세포 내부로 신호 전달
  • 입자는 먼저 phagocyte 표면에 결합해야 함
  • 그러나 결합하는 모든 입자가 섭취되는 것은 아님
  1. 이후 FcR clustering → Syk → PIP5K 활성화 → PI(4,5)P₂ 생성 → WASP → Arp2/3 → actin reorganization → pseudopod 2 동시에 Syk → PI3K →PIP₂ → PIP₃ → Rac1 추가 활성화 (양성 피드백) 과정을 통해 PIP 생성
  2. phosphoinositide 축적이 PI(4,5)P₂ (cup 전체) → WASP/Arp2/3 → actin branching → pseudopod 확장

PI(3,4,5)P₃ (cup 가장자리) → Rac1/WAVE → 추가 actin 중합 → cup이 타겟 감쌈

tip에서 SHIP1 활성화 → PI(3,4,5)P₃ 소멸 → 신호 꺼짐 → actin depolymerization → closure → PI(3)P 생성 → maturation

경로를 통해 actin polymerization, depolymerization, maturation 조절하여 phagosome 생성 완료

Phagocytic Receptor의 종류

Phagocyte는 세포의 phagocytic machinery와 기능적으로 연결된 다양한 cell-surface receptor를 가진다:

Fc Receptor

항체가 병원균 공격에서 가장 잘 특성화된 trigger이다:

  • 항체가 감염성 미생물(병원균) 표면에 결합
  • 항체 분자가 병원균을 코팅
  • Macrophage와 neutrophil 표면의 Fc receptor에 결합
  • Receptor 활성화
  • Phagocytic 세포가 pseudopod를 확장하여 입자를 둘러싸고 끝에서 융합하여 phagosome 형성

“Don’t-eat-me” Signal

살아있는 세포는 “don’t-eat-me” signal을 표시한다:

  • Cell-surface 단백질 형태
  • Macrophage 표면의 inhibitory receptor에 결합
  • Inhibitory receptor가 tyrosine phosphatase를 recruit
  • Phagocytosis를 시작하는 데 필요한 세포내 신호 전달 이벤트를 antagonize
  • 국소적으로 phagocytic process 억제

Phagocytosis는 많은 다른 세포 과정과 같이 process를 활성화하는 양성 신호와 억제하는 음성 신호 사이의 균형에 달려 있다.

Apoptotic 세포는:

  • “Eat-me” signal 획득 (예: 외부로 노출된 phosphatidylserine)
  • “Don’t-eat-me” signal 상실
  • Macrophage에 의해 매우 빠르게 phagocytose됨

Membrane Dynamics

Phosphoinositide의 역할

Pseudopod extension과 phagosome formation은 actin polymerization과 reorganization에 의해 추진되며, 이는 forming phagosome 막의 특정 phosphoinositide 축적에 반응한다:3

  1. PI(4,5)P2

    • Actin polymerization 자극
    • Pseudopod formation 촉진

  2. PI(3,4,5)P3

    • Base에서 actin filament depolymerize
    • Phagosome closure에 필요
    • 막 invagination을 돕기 위해 actin network를 재형성하는 데도 기여할 수 있음

  3. **PI(3)P

  • 이후 endosome으로 mature되는 과정.

exocytosis를 통한 막보충

phagocytosis에서도 actin이 계속 올리니까 membrane을 연장시켜줘야함.

Rho Family GTPase의 역할

Activated Rho GTPase와 그들의 activating Rho GEF가 pseudopod를 형성한다:

Footnotes

  1. 2022 중간 35번 — Phagocytosis의 메커니즘(Fc receptor를 통한 opsonization, actin-mediated pseudopod 형성)이 정답 근거로 활용됨. ↩

  2. 2023 중간 11번 — ①번 선지: Phagosome은 형성 후 바로 소화가 시작된다 (틀림, phagosome은 lysosome과 융합하여 phagolysosome이 되어야 분해 시작); ②번 선지: Phagosome의 크기는 actin에 의해 결정되고 일정하게 유지된다 (틀림, phagosome 크기는 섭취된 입자 크기에 따라 달라짐); ③번 선지: Pseudopod의 확장에는 PI(3)P가 중요한 신호 역할을 한다 (틀림, pseudopod 확장에는 PI(4,5)P₂와 PI(3,4,5)P₃가 주요 신호); ④번 선지: Opsonization 과정으로 인해 phagocyte에서 파괴 작용이 없어질 수 있다 (틀림, opsonization은 파괴 억제가 아니라 phagocytosis를 촉진); ⑤번 선지: 박테리아나 큰 입자를 섭취하기 위한 특별한 endocytosis의 한 종류이다 (맞음, phagocytosis는 큰 입자를 섭취하는 특수 endocytosis, 정답). ↩ ↩2 ↩3 ↩4 ↩5

  3. 2025 중간 26번 — ①번 선지: Phagosome의 크기는 actin에 의해 결정되고 일정하게 유지된다 (틀림, phagosome 크기는 섭취된 입자 크기에 따라 결정); ②번 선지: Phagocytosis는 actin cytoskeleton의 재배열에 의존한다 (맞음, actin polymerization이 pseudopod 형성·phagosome 완성에 필수적, 정답); ③번 선지: Phagocytosis는 receptor-independent하고 항상 비특이적으로 일어난다 (틀림, 주로 Fc receptor·complement receptor 등 receptor-mediated); ④번 선지: Phagocytosis는 모든 세포에서 동등하게 일어나는 작은 분자를 분비하기 위한 기본 메커니즘이다 (틀림, 주로 professional phagocyte인 macrophage·neutrophil에서 수행, 분비가 아닌 분해 목적); ⑤번 선지: Phagocytosis는 주로 작은 용질 분자를 분비하기 위한 기본 메커니즘으로 이용된다 (틀림, phagocytosis는 큰 입자 분해 위한 내포작용, 분비 아님). ↩ ↩2

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