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]
ген 1, активирующий рекомбинацию | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | RAG1 | |||||
Ген NCBI | 5896 | |||||
HGNC | 9831 | |||||
OMIM | 179615 | |||||
RefSeq | NM_000448 | |||||
UniProt | P15918 | |||||
Прочие данные | ||||||
Locus | Chr. 11 стр. 13 | |||||
|
ген, активирующий рекомбинацию 2 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||
Символ | RAG2 | |||||
Ген NCBI | 5897 | |||||
HGNC | 9832 | |||||
OMIM | 179616 | |||||
RefSeq | NM_000536 | |||||
UniProt | P55895 | |||||
Прочие данные | ||||||
Locus | Chr. 11 стр. 13 | |||||
|
Белок, активирующий рекомбинацию 2 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
Символ | RAG2 | |||||||
Pfam | PF03089 | |||||||
ИнтерПро | IPR004321 | |||||||
|
Белок, активирующий рекомбинацию 1 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
Символ | RAG1 | |||||||
Pfam | PF12940 | |||||||
ИнтерПро | IPR004321 | |||||||
|
Функция
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 находится рядом с кодирующей последовательностью, 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 объединяются, связывая ОН-группу (на кодирующем конце) с PO 4 -группой (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 пересмотренной теории о том, что гены RAG могут не только способствовать рекомбинации VDJ, но, скорее, непосредственно индуцировать рекомбинации генов VDJ.
Состав
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 (9 нуклеотидов ) RSS, а центральный домен (аминокислоты 528-760) RAG-1 специфически связывается с RSS гептамер. 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 в сторону от нонамера 23-RSS, что подчеркивает 12 / 23 правило. 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.
Эволюция
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] Концевые 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 считалось, что RAG1 вторгся после разделения 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 у Lytechinus veriegatus (зеленый морской еж), Patiria minata (морская звезда) [6] и моллюска 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 .
Селективное давление
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]
Смотрите также
- Синдром Оменна
- Тяжелый комбинированный иммунодефицит
Рекомендации
- ^ 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 .
- ^ Нотаранджело Л.Д., Ким М.С., Уолтер Дж. Э., Ли Ю. Н. (март 2016 г.). «Мутации RAG человека: биохимия и клинические последствия» . Обзоры природы. Иммунология . 16 (4): 234–46. DOI : 10.1038 / nri.2016.28 . PMC 5757527 . PMID 26996199 .
- ^ Эттингер М.А., Шац Д.Г., Горка С., Балтимор Д. (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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ а б в 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 .
- ^ а б Хуанг С., Тао Х, 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 г.). «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 .
- ^ Моралес Пул-младший, Хуанг С.Ф., Сюй А., Байет Дж., Понтаротти П. (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 .
- ^ Чжан Ю., Ченг Т.С., Хуанг Дж., Лу Кью, Сурлек, доктор медицины, Манделл Д.Д., Понтаротти П., Петреску А.Дж., Сюй А., Сюн Ю., Шац Д.Г. (май 2019 г.). «Транспозон молекулярного одомашнивания и эволюция рекомбиназы RAG» . Природа . 569 (7754): 79–84. DOI : 10.1038 / s41586-019-1093-7 . PMC 6494689 . PMID 30971819 .
- ^ 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 .
- ^ Fugmann SD, Messier C, Novack LA, Cameron RA, Rast JP (март 2006 г.). «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 .
- ^ Холланд Л.З., Альбалат Р., Азуми К., Бенито-Гутьеррес Э., Блоу М.Дж., Броннер-Фрейзер М. 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 .
- ^ Панчин Ю., Мороз Л.Л. (май 2008 г.). «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 .
- ^ 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 .
- ^ ван Никерк Г., Дэвис Т., Энгельбрехт А.М. (04.09.2015). «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
- 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
- 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.