Ген, активирующий рекомбинацию
| ген 1, активирующий рекомбинацию | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | РАГ1 | ||
| ген NCBI | 5896 | ||
| HGNC | 9831 | ||
| МОЙ БОГ | 179615 | ||
| RefSeq | НМ_000448 | ||
| ЮниПрот | P15918 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 11 стр13 | ||
| |||
| ген 2, активирующий рекомбинацию | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | РАГ2 | ||
| ген NCBI | 5897 | ||
| HGNC | 9832 | ||
| МОЙ БОГ | 179616 | ||
| RefSeq | НМ_000536 | ||
| ЮниПрот | P55895 | ||
| Другие данные | |||
| Локус | Хр. 11 стр13 | ||
| |||
| Белок 2, активирующий рекомбинацию | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | РАГ2 | ||
| Пфам | PF03089 | ||
| ИнтерПро | ИПР004321 | ||
| |||
| Белок 1, активирующий рекомбинацию | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | РАГ1 | ||
| Пфам | ПФ12940 | ||
| ИнтерПро | ИПР004321 | ||
| |||
Гены , активирующие рекомбинацию (RAG), кодируют части белкового комплекса , который играет важную роль в реаранжировке и рекомбинации генов, кодирующих молекулы иммуноглобулина и рецептора Т-клеток . Существует два гена, активирующих рекомбинацию, RAG1 и RAG2 , клеточная экспрессия которых ограничена лимфоцитами на стадиях их развития. Ферменты, кодируемые этими генами, RAG-1 и RAG-2, необходимы для генерации зрелых B-клеток и T-клеток , двух типов лимфоцитов, которые являются ключевыми компонентами адаптивной иммунной системы . [1]
Функция
[ редактировать ]В иммунной системе позвоночных каждое антитело настроено на атаку одного конкретного антигена (чужеродных белков и углеводов), не атакуя при этом сам организм. Геном человека содержит 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, разрезания и рекомбинации нескольких сотен генов (генов VDJ) для создания миллионов перестановок в процессе, называемом рекомбинацией V(D)J . [1] RAG-1 и RAG-2 представляют собой белки на концах генов VDJ, которые разделяются, перемешиваются и снова присоединяются к генам VDJ. Эта перетасовка 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 фланкирующей сигнальной последовательностью рекомбинации (RSS). Они делают это в два этапа. Первоначально они вводят «разрыв» на 5'-конце (выше по течению) гептамера RSS (консервативной области из 7 нуклеотидов), который прилегает к кодирующей последовательности, оставляя после себя специфическую биохимическую структуру на этом участке ДНК: 3'-конец. - гидроксильная (ОН) группа на кодирующем конце и 5'- фосфатная (РО 4 ) группа на RSS-конце. Следующий шаг соединяет эти химические группы, связывая OH-группу (на кодирующем конце) с PO 4 -группой (которая находится между RSS и сегментом гена на противоположной цепи). Это приводит к 5'-фосфорилированному двухцепочечному разрыву RSS и ковалентно замкнутой шпильке 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 явлениями манипулирования собственной ДНК: так называемой рекомбинацией с переключением классов (переключение изотипа АКА) и соматической гипермутацией (созревание аффинности АКА). [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. При котрансфекции RAG-1 с RAG-2 частота рекомбинации увеличивалась в 1000 раз. [3] Это открытие способствовало новой пересмотренной теории о том, что гены RAG могут не только способствовать рекомбинации VDJ, но, скорее, напрямую индуцировать рекомбинации генов VDJ.
Структура
[ редактировать ]Как и многие ферменты, белки RAG довольно большие. Например, мышиный RAG-1 содержит 1040 аминокислот , а мышиный RAG-2 содержит 527 аминокислот. Ферментативная активность белков RAG сосредоточена в основном в основной 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 формирования шпильки ДНК. Остатки 384–454 RAG-1 содержат нонамер-связывающую область (NBR), которая специфически связывает консервативный нонамер (9 нуклеотидов ) RSS, а центральный домен (аминокислоты 528–760) RAG-1 специфически связывается с RSS. гептамер. Предполагается, что основная область RAG-2 сформирует структуру с шестью лопастями бета-пропеллера , которая кажется менее специфичной, чем RAG-1, для своей цели.
Криоэлектронная микроскопия структур синаптических комплексов RAG обнаруживает закрытую димерную конформацию с генерацией 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 интермедиатов 12-RSS и 23-RSS со специфическими по основаниям взаимодействиями в гептамере сигнального конца. Первое основание гептамера на сигнальном конце перевернуто, чтобы избежать столкновения в активном центре. Каждый кодирующий конец промежуточного соединения с никелированным RSS стабилизируется исключительно одним мономером RAG1-RAG2 с неспецифическими взаимодействиями белок-ДНК. Кодирующий конец сильно искажен: одно основание вывернуто из дуплекса ДНК в активном центре, что облегчает образование шпильки с помощью потенциального каталитического механизма с двумя ионами металлов. Промежуточные соединения 12-RSS и 23-RSS сильно изогнуты и асимметрично связаны с синаптическим комплексом RAG, при этом димер связывающего домена нонамера наклонен в сторону нонамера 12-RSS, но в сторону от нонамера 23-RSS, что подчеркивает 12-RSS. /23 правило. Две молекулы HMGB1 связываются с каждой стороны 12-RSS и 23-RSS, стабилизируя сильно изогнутые RSS. Эти структуры развивают молекулярные механизмы распознавания ДНК, катализа и уникального синапса, лежащего в основе правила 12/23, дают новое представление о RAG-ассоциированных заболеваниях человека и представляют собой наиболее полный набор комплексов в каталитических путях любых рекомбиназ семейства DDE. , транспозазы или интегразы.
Эволюция
[ редактировать ] | В этом разделе отсутствует информация о характеристиках номера 30971819. ( май 2019 г. ) |
На основании гомологии основной последовательности полагают, что RAG1 произошел от транспозазы из суперсемейства Transib . [5] Ни один из членов семейства Transib не содержит N-концевой последовательности, обнаруженной в RAG1, что позволяет предположить, что N-конец RAG1 произошел от отдельного элемента. N-концевая область RAG1 была обнаружена в мобильном элементе N-RAG-TP у морского слизняка Aplysia californica , который содержит весь N-конец RAG1. [6] Вполне вероятно, что полная структура RAG1 возникла в результате рекомбинации трансиба и транспозона N-RAG-TP . [7]
Транспозон с RAG2, расположенным рядом с RAG1, был идентифицирован у пурпурного морского ежа. [8] Активные трансиб -транспозоны как с RAG1, так и с RAG2 («ProtoRAG») были обнаружены у B. belcheri (китайский ланцетник) и Psectrotarsia flava (мотыль). [9] [10] Концевые инвертированные повторы (TIR) у ProtoRAG ланцетника имеют структуру гептамер-спейсер-нонамер, аналогичную структуре RSS, но у ProtoRAG бабочки нонамер отсутствует. Нонамер-связывающие области и нонамерные последовательности ProtoRAG ланцетника и RAG животных достаточно различны, чтобы не узнавать друг друга. [9] Была расшифрована структура протоRAG ланцетника ( PDB : 6b40 ), что дает некоторое представление о том, какие изменения приводят к одомашниванию генов RAG. [11]
Хотя транспозонное происхождение этих генов хорошо установлено, до сих пор нет единого мнения о том, когда предковый локус RAG1/2 стал присутствовать в геноме позвоночных. Поскольку у бесчелюстных рыб (класс бесчелюстных рыб) отсутствует основной элемент RAG1, традиционно предполагалось, что RAG1 вторгся после разделения бесчелюстных и челюстноротых 1001–590 миллионов лет назад (млн лет назад). [12] Однако основная последовательность RAG1 была идентифицирована у иглокожих Strongylocentrotus purpuratus (фиолетовый морской еж). [13] амфиокси ( Branchiostoma floridae флоридский ланцетник). [14] Последовательности, гомологичные RAG1, также были идентифицированы у Lytechinus veriegatus (зеленый морской еж), Patiria minata (морская звезда), [8] моллюск Aplysia Californica, [15] и протостомы, включая устриц, мидий, ленточных червей и недвусторонних книдарий . [16] Эти результаты показывают, что транспозон семейства Transib несколько раз инвазировался в виды беспозвоночных и вторгся в геном предковых челюстных позвоночных около 500 млн лет назад. [8] Предполагается, что отсутствие RAG-подобных генов у бесчелюстных позвоночных и урохордовых животных [16] Причиной является горизонтальный перенос генов или потеря генов в определенных филогенетических группах из-за традиционной вертикальной передачи. [13] Недавний анализ показал, что филогения RAG является постепенной и направленной, что предполагает эволюционный путь, основанный на вертикальной передаче. [16] Эта гипотеза предполагает, что RAG1/2-подобная пара могла присутствовать в своей нынешней форме в большинстве линий многоклеточных животных и была потеряна в линиях бесчелюстных позвоночных и урохордовых. [7] Нет никаких доказательств того, что система рекомбинации V(D)J возникла раньше, чем линия позвоночных. [7] В настоящее время предполагается, что инвазия RAG1/2 является наиболее важным эволюционным событием с точки зрения формирования адаптивной иммунной системы бесчелюстных челюстноротых по сравнению с системой рецепторов вариабельных лимфоцитов .
Избирательное давление
[ редактировать ]До сих пор неясно, какие силы привели к развитию RAG1/2-опосредованной иммунной системы исключительно у челюстных позвоночных, а не у каких-либо видов беспозвоночных, которые также приобрели RAG1/2-содержащий транспозон. Текущие гипотезы включают два события дупликации целого генома у позвоночных: [17] которые обеспечили бы генетический материал для развития адаптивной иммунной системы и развития эндотелиальной ткани, большей метаболической активности и снижения соотношения объема крови к массе тела, все из которых более специализированы у позвоночных, чем у беспозвоночных и облегчают адаптивные иммунные реакции. [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Джонс Дж. М., Геллерт М. (август 2004 г.). «Укрощение транспозона: рекомбинация V(D)J и иммунная система» . Иммунологические обзоры . 200 : 233–48. дои : 10.1111/j.0105-2896.2004.00168.x . ПМИД 15242409 . S2CID 12080467 .
- ^ Нотаранжело Л.Д., Ким М.С., Уолтер Дж.Э., Ли Ю.Н. (март 2016 г.). «Мутации RAG человека: биохимия и клиническое значение» . Обзоры природы. Иммунология . 16 (4): 234–46. дои : 10.1038/nri.2016.28 . ПМЦ 5757527 . ПМИД 26996199 .
- ^ Эттингер М.А., Шац Д.Г., Горка С., Балтимор Д. (июнь 1990 г.). «RAG-1 и RAG-2, соседние гены, которые синергически активируют рекомбинацию V (D) J». Наука . 248 (4962): 1517–23. Бибкод : 1990Sci...248.1517O . дои : 10.1126/science.2360047 . ПМИД 2360047 .
- ^ Ру Х, Чемберс М.Г., Фу ТМ, Тонг А.Б., Ляо М., Ву Х (ноябрь 2015 г.). «Молекулярный механизм рекомбинации V (D) J из синаптических сложных структур RAG1-RAG2» . Клетка . 163 (5): 1138–1152. дои : 10.1016/j.cell.2015.10.055 . ПМК 4690471 . ПМИД 26548953 .
- ^ Капитонов В.В., Юрка Дж. (июнь 2005 г.). «Ядро RAG1 и сигнальные последовательности рекомбинации V(D)J были получены из транспозонов Transib» . ПЛОС Биология . 3 (6): е181. doi : 10.1371/journal.pbio.0030181 . ПМЦ 1131882 . ПМИД 15898832 .
- ^ Панчин Ю., Мороз Л.Л. (май 2008 г.). «Мобильные элементы моллюсков, подобные генам, активирующим рекомбинацию у позвоночных» . Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 369 (3): 818–823. дои : 10.1016/j.bbrc.2008.02.097 . ПМК 2719772 . ПМИД 18313399 .
- ^ Перейти обратно: а б с Яковенко И., Агронин Дж., Смит Л.К., Орен М. (2021). «Страж генома: альтернативная гипотеза коэволюции RAG/Transib для происхождения рекомбинации V(D)J» . Границы в иммунологии . 12 : 709165. дои : 10.3389/fimmu.2021.709165 . ПМЦ 8355894 . ПМИД 34394111 .
- ^ Перейти обратно: а б с Капитонов В.В., Кунин Е.В. (28 апреля 2015 г.). «Эволюция локуса RAG1-RAG2: оба белка произошли от одного и того же транспозона» . Биология Директ . 10 (1): 20. дои : 10.1186/s13062-015-0055-8 . ПМЦ 4411706 . ПМИД 25928409 .
- ^ Перейти обратно: а б Хуан С., Тао X, Юань С., Чжан Ю, Ли П., Бейлинсон Х.А., Чжан Ю., Юй В., Понтаротти П., Эскрива Х., Ле Петильон Ю., Лю Х., Чен С., Шац Д.Г., Сюй А. (июнь 2016 г.). «Открытие активного транспозона RAG проливает свет на происхождение рекомбинации V (D) J» . Клетка . 166 (1): 102–14. дои : 10.1016/j.cell.2016.05.032 . ПМК 5017859 . ПМИД 27293192 .
- ^ Моралес Пул-младший, Хуан С.Ф., Сюй А, Байет Дж., Понтаротти П. (июнь 2017 г.). «Транспозон RAG активен в процессе эволюции вторичноротого и приручен у челюстных позвоночных». Иммуногенетика . 69 (6): 391–400. bioRxiv 10.1101/100735 . дои : 10.1007/s00251-017-0979-5 . ПМИД 28451741 . S2CID 11192471 .
- ^ Чжан Ю, Ченг ТК, Хуан Г, Лу Q, Surleac MD, Манделл Дж.Д., Понтаротти П., Петреску А.Дж., Сюй А., Сюн Ю., Шац Д.Г. (май 2019 г.). «Молекулярное приручение транспозонов и эволюция рекомбиназы RAG» . Природа . 569 (7754): 79–84. Бибкод : 2019Natur.569...79Z . дои : 10.1038/s41586-019-1093-7 . ПМК 6494689 . ПМИД 30971819 .
- ^ Касахара М., Сузуки Т., Паскье Л.Д. (февраль 2004 г.). «О происхождении адаптивной иммунной системы: новые открытия от беспозвоночных и хладнокровных позвоночных». Тенденции в иммунологии . 25 (2): 105–11. дои : 10.1016/j.it.2003.11.005 . ПМИД 15102370 .
- ^ Перейти обратно: а б Фугманн С.Д., Мессье С., Новак Л.А., Кэмерон Р.А., Раст Дж.П. (март 2006 г.). «Древнее эволюционное происхождение локуса гена Rag1/2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (10): 3728–33. Бибкод : 2006PNAS..103.3728F . дои : 10.1073/Pnas.0509720103 . ПМК 1450146 . ПМИД 16505374 .
- ^ Холланд Л.З., Албалат 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 головохордовых» . Геномные исследования . 18 (7): 1100–11. дои : 10.1101/гр.073676.107 . ПМЦ 2493399 . ПМИД 18562680 .
- ^ Панчин Ю., Мороз Л.Л. (май 2008 г.). «Мобильные элементы моллюсков, подобные генам, активирующим рекомбинацию у позвоночных» . Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 369 (3): 818–23. дои : 10.1016/j.bbrc.2008.02.097 . ПМК 2719772 . ПМИД 18313399 .
- ^ Перейти обратно: а б с Мартин Э.К., Викари С., Цаку-Нгуафо Л., Понтаротти П., Петреску А.Дж., Шац Д.Г. (06.05.2020). «Идентификация RAG-подобных транспозонов у протостом предполагает их древнее билатеральное происхождение» . Мобильная ДНК . 11 (1): 17. дои : 10.1186/s13100-020-00214-y . ПМК 7204232 . ПМИД 32399063 .
- ^ Касахара М. (октябрь 2007 г.). «Гипотеза 2R: обновление». Современное мнение в иммунологии . Гибель гемопоэтических клеток/Иммуногенетика/Трансплантация. 19 (5): 547–52. дои : 10.1016/j.coi.2007.07.009 . ПМИД 17707623 .
- ^ ван Никерк Г., Дэвис Т., Энгельбрехт А.М. (04 сентября 2015 г.). «Был ли эволюционный путь к адаптивному иммунитету вымощен эндотелием?» . Биология Директ . 10 (1): 47. дои : 10.1186/s13062-015-0079-0 . ПМК 4560925 . ПМИД 26341882 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Садофски М.Ю. (август 2004 г.). «Генные белки, активирующие рекомбинацию: больше регулирования, пожалуйста» . Иммунологические обзоры . 200 : 83–9. дои : 10.1111/j.0105-2896.2004.00164.x . ПМИД 15242398 . S2CID 23905210 .
- Де П., Роджерс К.К. (август 2004 г.). «Собираем кусочки воедино: идентификация и характеристика структурных доменов в рекомбинационном белке V (D) J RAG1». Иммунологические обзоры . 200 : 70–82. дои : 10.1111/j.0105-2896.2004.00154.x . ПМИД 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» . ПЛОС Биология . 3 (6): е181. doi : 10.1371/journal.pbio.0030181 . ПМЦ 1131882 . ПМИД 15898832 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Трэвис Дж. (ноябрь 1998 г.). «Случайная иммунная система. Давным-давно блуждающий фрагмент ДНК — возможно, микроба — создал ключевую стратегию» (PDF) . Новости науки . 154 (19): 302–303. дои : 10.2307/4010948 . JSTOR 4010948 . Простое объяснение гена, активирующего рекомбинацию, для обычного читателя.