Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с РАГ-1 )
Перейти к навигации Перейти к поиску
ген 1, активирующий рекомбинацию
Идентификаторы
СимволRAG1
Ген NCBI5896
HGNC9831
OMIM179615
RefSeqNM_000448
UniProtP15918
Прочие данные
LocusChr. 11 стр. 13
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
ген, активирующий рекомбинацию 2
Идентификаторы
СимволRAG2
Ген NCBI5897
HGNC9832
OMIM179616
RefSeqNM_000536
UniProtP55895
Прочие данные
LocusChr. 11 стр. 13
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
Белок, активирующий рекомбинацию 2
Идентификаторы
СимволRAG2
PfamPF03089
ИнтерПроIPR004321
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Белок, активирующий рекомбинацию 1
Идентификаторы
СимволRAG1
PfamPF12940
ИнтерПроIPR004321
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

В рекомбинации-активации генов (ветошь) кодируют части белкового комплекса , который играет важную роль в перегруппировке и рекомбинации генов , кодирующих иммуноглобулины и Т - клеточный рецептор молекулу. Существует два гена, активирующих рекомбинацию, RAG1 и RAG2 , клеточная экспрессия которых ограничивается лимфоцитами на стадиях их развития. Ферменты, кодируемые этими генами, RAG-1 и RAG-2, необходимы для образования зрелых В-клеток и Т-клеток , двух типов лимфоцитов, которые являются ключевыми компонентами адаптивной иммунной системы . [1]

Функция [ править ]

В иммунной системе позвоночных каждое антитело настроено так, чтобы атаковать один конкретный антиген (чужеродные белки и углеводы), не поражая сам организм. В геноме человека содержится не более 30 000 генов, и тем не менее он генерирует миллионы различных антител, что позволяет ему реагировать на вторжение миллионов различных антигенов. Иммунная система генерирует это разнообразие антител путем перетасовки, резки и рекомбинировать несколько сотен генов (генов VDJ) , чтобы создать миллионы перестановок, в процессе , называемом V (D) J рекомбинации . [1] RAG-1 и RAG-2 представляют собой белки на концах генов VDJ, которые разделяют, перемешивают и воссоединяют гены VDJ. Это перемешивание происходит внутри В-клеток и Т-клеток во время их созревания.

Ферменты RAG работают как многосубъединичный комплекс, индуцируя расщепление одной молекулы двухцепочечной ДНК (дцДНК) между сегментом, кодирующим антигенный рецептор, и сигнальной последовательностью фланкирующей рекомбинации (RSS). Они делают это в два этапа. Первоначально они вводят "зарубку" в 5 '(вышестоящий) конец RSS-гептамера (консервативная область из 7 нуклеотидов), которая примыкает к кодирующей последовательности, оставляя после себя специфическую биохимическую структуру в этой области ДНК: 3' - гидроксильная (ОН) группа на кодирующем конце и 5'- фосфатная (PO 4 ) группа на конце RSS. На следующем этапе эти химические группы связываются, связывая ОН-группу (на кодирующем конце) с PO 4.-группа (которая находится между RSS и сегментом гена на противоположной цепи). Это дает 5'-фосфорилированный двухцепочечный разрыв на RSS и ковалентно закрытую шпильку на кодирующем конце. Белки RAG остаются в этих соединениях до тех пор, пока другие ферменты (в частности, TDT) не восстановят разрывы ДНК.

Белки RAG инициируют рекомбинацию V (D) J, которая необходима для созревания пре-В и пре-Т-клеток. Активированные зрелые В-клетки также обладают двумя другими замечательными, независимыми от RAG феноменами манипулирования своей собственной ДНК: так называемой рекомбинацией с переключением классов (переключение изотипа AKA) и соматической гипермутацией (созревание аффинности AKA). [2] Текущие исследования показали, что RAG-1 и RAG-2 должны работать синергетически, чтобы активировать рекомбинацию VDJ . Было показано, что RAG-1 неэффективно индуцирует рекомбинационную активность генов VDJ при выделении и трансфекции в образцы фибробластов. Когда RAG-1 котрансфицировали с RAG-2, частота рекомбинации увеличивалась в 1000 раз. [3] Это открытие способствовало недавно пересмотренной теории о том, что гены RAG могут не только способствовать рекомбинации VDJ, но, скорее, напрямую индуцировать рекомбинации генов VDJ.

Структура [ править ]

Как и многие ферменты, белки RAG довольно большие. Например, RAG-1 мыши содержит 1040 аминокислот, а RAG-2 мыши содержит 527 аминокислот. Ферментативная активность белков RAG сосредоточена в основном в центральной области; Остатки 384–1008 RAG-1 и остатки 1–387 RAG-2 сохраняют большую часть активности расщепления ДНК. Ядро RAG-1 содержит три кислотных остатка (D 600 , D 708 и E 962 ) в так называемом мотиве DDE , основном активном сайте расщепления ДНК. Эти остатки имеют решающее значение для разрыва цепи ДНК и для образования шпильки ДНК. Остатки 384–454 RAG-1 включают неамер-связывающую область (NBR), которая специфически связывает консервативный нономер (9нуклеотидов ) RSS и центрального домена (аминокислоты 528-760) RAG-1 специфически связывается с гептамером RSS. Предполагается, что центральная часть RAG-2 будет формировать структуру бета-винта с шестью лопастями, которая кажется менее специфичной, чем RAG-1 для своей цели.

Структуры синаптических RAG-комплексов с помощью криоэлектронной микроскопии выявляют закрытую димерную конформацию с образованием новых межмолекулярных взаимодействий между двумя мономерами RAG1-RAG2 при связывании ДНК по сравнению с комплексом Apo-RAG, который представляет собой открытую конформацию. [4]Обе молекулы RAG1 в закрытом димере участвуют в кооперативном связывании промежуточных продуктов 12-RSS и 23-RSS с основно-специфическими взаимодействиями в гептамере сигнального конца. Первое основание гептамера на сигнальном конце перевернуто, чтобы избежать столкновения в активном центре. Каждый кодирующий конец промежуточного продукта с разрывом RSS стабилизируется исключительно одним мономером RAG1-RAG2 с неспецифическими взаимодействиями белок-ДНК. Кодирующий конец сильно искажен с одним основанием, вывернутым из дуплекса ДНК в активном центре, что облегчает образование шпильки за счет потенциального каталитического механизма с двумя ионами металлов. Промежуточные продукты 12-RSS и 23-RSS сильно изогнуты и асимметрично связаны с синаптическим комплексом RAG, при этом димер неамерного связывающего домена наклоняется в сторону нонамера 12-RSS, но от нонамера 23-RSS,что подчеркивает правило 12/23. Две молекулы HMGB1 связываются с каждой стороны 12-RSS и 23-RSS, чтобы стабилизировать сильно изогнутые RSS. Эти структуры разрабатывают молекулярные механизмы распознавания ДНК, катализа и уникальный синапс, лежащий в основе правила 12/23, обеспечивают новое понимание связанных с RAG заболеваний человека и представляют собой наиболее полный набор комплексов в каталитических путях любых рекомбиназ семейства DDE. , транспозазы или интегразы.и представляют собой наиболее полный набор комплексов в каталитических путях любых рекомбиназ, транспозаз или интеграз семейства DDE.и представляют собой наиболее полный набор комплексов в каталитических путях любых рекомбиназ, транспозаз или интеграз семейства DDE.

Эволюция [ править ]

На основании гомологии последовательностей ядра, считаются , что RAG1 превратилась из транспозазов из Транссиб надсемейства. [5] Транспозон с RAG2, расположенный рядом с RAG1, был идентифицирован у пурпурного морского ежа. [6] Активный Транссиб транспозоны с обеими RAG1 и RAG2 ( "ProtoRAG") были обнаружены в B. belcheri (китайский ланцетник) и Psectrotarsia Flava (мотылек). [7] [8]Конечные инвертированные повторы (TIR) ​​в ланцетном ProtoRAG имеют структуру гептамер-спейсер-нонамер, аналогичную структуре RSS, но у моли ProtoRAG отсутствует нонамер. Неамер-связывающие области и неамерные последовательности ланцетного ProtoRAG и RAG животного достаточно различаются, чтобы не узнавать друг друга. [7] Структура ланцетного protoRAG была решена ( PDB : 6b40 ), что дает некоторое понимание того, какие изменения приводят к одомашниванию генов RAG. [9]

Хотя происхождение транспозонов этих генов хорошо установлено, до сих пор нет единого мнения о том, когда предковый локус RAG1 / 2 стал присутствовать в геноме позвоночных. Поскольку бесчелюстные рыбы (класс бесчелюстных рыб) лишены основного элемента RAG1, традиционно предполагалось, что RAG1 вторгся после расщепления бесчелюстных / гнатостомов 1001-590 миллионов лет назад (MYA). [10] Однако, основная последовательность RAG1 была определена в иглокожих пурпурный стронгилоцентротус (фиолетовый морского ежа), [11] в amphioxi Branchiostoma floridae (Florida Ланселета). [12] Последовательности, гомологичные RAG1, также были идентифицированы вLytechinus veriegatus (зеленый морской еж), Patiria minata (морская звезда) [6] и моллюск Aplysia californica . [13] Эти данные свидетельствуют о том , что Транссиб семья транспозонов вторглись несколько раз в не-позвоночных животных, и вторгся наследственный челюстью позвоночных геном около 500 миллионов лет назад. [6] В настоящее время предполагается, что вторжение RAG1 / 2 является наиболее важным эволюционным событием с точки зрения формирования адаптивной иммунной системы гнатостома по сравнению с рецепторной системой вариабельных лимфоцитов агнатана .

Выборочное давление [ править ]

До сих пор неясно, какие силы привели к развитию RAG1 / 2-опосредованной иммунной системы исключительно у челюстных позвоночных, а не у каких-либо беспозвоночных, которые также приобрели RAG1 / 2-содержащий транспозон. Текущие гипотезы включают в себя два события дупликации всего генома у позвоночных [14], которые обеспечат генетический сырой материал для развития адаптивной иммунной системы и развития эндотелиальной ткани, большей метаболической активности и уменьшенного объема крови. соотношение массы тела, все из которых более специализированы у позвоночных, чем у беспозвоночных, и способствуют адаптивным иммунным ответам. [15]

См. Также [ править ]

  • Синдром Оменна
  • Тяжелый комбинированный иммунодефицит

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Джонс Дж. М., Геллерт М (август 2004 г.). «Укрощение транспозона: рекомбинация V (D) J и иммунная система» . Иммунологические обзоры . 200 : 233–48. DOI : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00168.x . PMID  15242409 . S2CID  12080467 .
  2. ^ Notarangelo Л. Д., Ким С., Вальтер JE, Ли YN (март 2016). «Мутации RAG человека: биохимия и клинические последствия» . Обзоры природы. Иммунология . 16 (4): 234–46. DOI : 10.1038 / nri.2016.28 . PMC 5757527 . PMID 26996199 .  
  3. Перейти ↑ Oettinger MA, Schatz DG, Gorka C, Baltimore D (июнь 1990 г.). «RAG-1 и RAG-2, соседние гены, которые синергетически активируют рекомбинацию V (D) J». Наука . 248 (4962): 1517–23. DOI : 10.1126 / science.2360047 . PMID 2360047 . 
  4. ↑ Ru H, Chambers MG, Fu TM, Tong AB, Liao M, Wu H (ноябрь 2015 г.). «Молекулярный механизм рекомбинации V (D) J из синаптических структур комплекса RAG1-RAG2» . Cell . 163 (5): 1138–1152. DOI : 10.1016 / j.cell.2015.10.055 . PMC 4690471 . PMID 26548953 .  
  5. ↑ Капитонов В.В., Юрка Дж. (Июнь 2005 г.). «Ядро RAG1 и сигнальные последовательности рекомбинации V (D) J были получены из транспозонов Transib» . PLOS Биология . 3 (6): e181. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0030181 . PMC 1131882 . PMID 15898832 .  
  6. ^ a b c Капитонов В.В., Кунин Е.В. (28.04.2015). «Эволюция локуса RAG1-RAG2: оба белка произошли от одного и того же транспозона» . Биология Директ . 10 (1): 20. DOI : 10,1186 / s13062-015-0055-8 . PMC 4411706 . PMID 25928409 .  
  7. ^ a b Хуан С, Тао X, Юань С, Чжан И, Ли П, Бейлинсон Х.А., Чжан И, Ю В, Понтаротти П., Эскрива Х, Ле Петийон И, Лю Х, Чен С, Шац Д. Г., Сюй А (июнь 2016). «Открытие активного транспозона RAG освещает происхождение рекомбинации V (D) J» . Cell . 166 (1): 102–14. DOI : 10.1016 / j.cell.2016.05.032 . PMC 5017859 . PMID 27293192 .  
  8. ^ Моралес Пул JR, Хуанг SF, Сю А, Bayet Дж, Pontarotti Р (июнь 2017 г.). «Транспозон RAG активен в процессе развития дейтеростома и одомашнивается у челюстных позвоночных». Иммуногенетика . 69 (6): 391–400. bioRxiv 10.1101 / 100735 . DOI : 10.1007 / s00251-017-0979-5 . PMID 28451741 . S2CID 11192471 .   
  9. ↑ Zhang Y, Cheng TC, Huang G, Lu Q, Surleac MD, Mandell JD, Pontarotti P, Petrescu AJ, Xu A, Xiong Y, Schatz DG (май 2019). «Транспозон молекулярного одомашнивания и эволюция рекомбиназы RAG» . Природа . 569 (7754): 79–84. DOI : 10.1038 / s41586-019-1093-7 . PMC 6494689 . PMID 30971819 .  
  10. ↑ Kasahara M, Suzuki T, Pasquier LD (февраль 2004 г.). «О происхождении адаптивной иммунной системы: новые открытия от беспозвоночных и хладнокровных позвоночных». Направления иммунологии . 25 (2): 105–11. DOI : 10.1016 / j.it.2003.11.005 . PMID 15102370 . 
  11. ^ Fugmann SD, Messier C, Novack LA, Cameron RA, Раст JP (март 2006). «Древнее эволюционное происхождение локуса гена Rag1 / 2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3728–33. DOI : 10.1073 / Pnas.0509720103 . PMC 1450146 . PMID 16505374 .  
  12. ↑ Holland LZ, Albalat R, Azumi K, Benito-Gutiérrez E, Blow MJ, Bronner-Fraser M и др. (Июль 2008 г.). «Геном амфиоксуса проливает свет на происхождение позвоночных и биологию головнохордовых» . Геномные исследования . 18 (7): 1100–11. DOI : 10.1101 / gr.073676.107 . PMC 2493399 . PMID 18562680 .  
  13. ^ Panchin Y, Moroz LL (май 2008). «Мобильные элементы моллюсков, подобные генам, активирующим рекомбинацию позвоночных» . Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 369 (3): 818–23. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2008.02.097 . PMC 2719772 . PMID 18313399 .  
  14. ↑ Kasahara M (октябрь 2007 г.). «Гипотеза 2R: обновление». Текущее мнение в иммунологии . Гибель кроветворных клеток / Иммуногенетика / Трансплантация. 19 (5): 547–52. DOI : 10.1016 / j.coi.2007.07.009 . PMID 17707623 . 
  15. ^ Ван Niekerk G, Davis T, Engelbrecht AM (2015-09-04). «Был ли эндотелием вымощен эволюционный путь к адаптивному иммунитету?» . Биология Директ . 10 (1): 47. DOI : 10,1186 / s13062-015-0079-0 . PMC 4560925 . PMID 26341882 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Садофский MJ (август 2004 г.). «Белки гена, активирующие рекомбинацию: пожалуйста, больше регулирования» . Иммунологические обзоры . 200 : 83–9. DOI : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00164.x . PMID  15242398 . S2CID  23905210 .
  • Де П, Роджерс К.К. (август 2004 г.). «Собираем кусочки вместе: идентификация и характеристика структурных доменов в рекомбинационном белке V (D) J RAG1». Иммунологические обзоры . 200 : 70–82. DOI : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00154.x . PMID  15242397 . S2CID  22044642 .
  • Капитонов В.В., Юрка Дж. (Июнь 2005 г.). «Ядро RAG1 и сигнальные последовательности рекомбинации V (D) J были получены из транспозонов Transib» . PLOS Биология . 3 (6): e181. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0030181 . PMC  1131882 . PMID  15898832 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Трэвис, Джон (ноябрь 1998 г.). «Случайная иммунная система. Давным-давно блуждающий фрагмент ДНК - возможно, от микроба - создал ключевую стратегию» (PDF) . Новости науки . 154 (19): 302–303. DOI : 10.2307 / 4010948 . JSTOR  4010948 . Простое объяснение гена, активирующего рекомбинацию, для широкого читателя.