北京中医药大学以通讯发表成果解决免疫学最基本问题

　　转座子（可以改变其在基因组中的位置的DNA序列）的驯化产生RAG1-RAG2重组酶（RAG）和V（D）J重组，其产生多种抗体和T细胞受体库，是颚脊椎动物适应性免疫系统演变的关键事件。将祖先RAG转座酶转化为具有适当调节的DNA切割和转座活性的RAG重组酶的进化适应性尚不清楚。这是颚-脊椎动物中V（D）J重组和适应性免疫的进化中的关键问题。

　　2019年4月10日，耶鲁大学David G. Schatz，Xiong Yong及北京中医药大学徐安龙共同通讯在Nature在线发表题为“Transposon molecular domestication and the evolution of the RAG recombinase”的研究论文，该研究从文昌鱼ProtoRAG转座酶的冷冻电子显微镜结构开始，鉴定了其氨基酸残基和结构域，其获得或丧失功能支持RAG偶联裂解的倾向，它对不对称DNA底物的偏好并且它无法在细胞中进行转座。研究结果揭示了抑制RAG介导的转座的双层机制，阐明了V（D）J重组的进化，并提供了控制转座子分子归化的原理的见解。

　　这是北京中医药大学首次在Nature以通讯单位发表成果，具有重要意义。

　　颚-脊椎动物包括大约60,000种，占所有活脊椎动物的99％。除了对立的颌骨外，活体侏儒体还有牙齿，成对的附肢和内耳的水平半规管，以及生理和细胞解剖学特征，如神经元的髓鞘；另一特征是使用V（D）J重组产生抗原识别位点的适应性免疫系统，而不是在可变淋巴细胞受体基因中使用基因重组。

颚-脊椎动物基本分类

　　颚-脊椎动物已经进化出复杂的适应性免疫系统，其依赖于在发育中的B和T淋巴细胞中来自V，D和J基因区段的免疫球蛋白和T细胞受体基因的组装。 当RAG在包含由12或23碱基对（bp）分开的保守七聚体和九聚体元件的重组信号序列（RSS）处切割邻近基因区段时，启动称为V（D）J重组的组装反应，其中 spacer（分别为12RSS和23RSS）1， RAG的DNA切割通过切口  -发夹机制发生，其中发夹形成以协调（偶联）方式在包含一个12RSS和一个23RSS的突触复合物中发生，该限制被称为12/23规则。 12/23规则和偶联切割是RAG的基本特征，被认为有助于V（D）J重组的正确编排和基因组完整性的保护。

通过BbRAGL进行未偶联的DNA切割

　　转座子的“分子驯化”广泛地促进了新蛋白质的进化，其中RAG和V（D）J重组代表了该过程的范例。目前的证据支持一种模型，其中RAG1和RAG2从古老的'RAG转座子'的转座酶基因进化而来，而免疫球蛋白和T细胞受体基因是由于转座子插入受体基因而产生的，转座子插入的末端反向重复序列（TIR）成为RSSs，这种模型得到了头足动物文昌鱼的发现的强烈支持。

cBbRAGL-切口3'TIR复合物的Cryo-EM结构

　　RAG转座子驯化模型预测脊索动物进化过程中的临界差异，其中在下颌脊椎动物中，RAG转座酶获得重组酶的特性，而在文昌鱼中，保留了转座酶功能。后裂解反应步骤的差异将是特别关键的，RAG产生的DNA末端优先进行末端连接（重组）而不是转座，并且ProtoRAG保留了对末端连接的转座的强烈偏好。实际上，RAG在活细胞中的转作活性较差，迄今为止在小鼠或人类中仅鉴定出一个单一的骨转作事件。如何将祖先RAG转座子驯化以产生具有最小体内转座活性的RAG重组酶和不对称底物偶联裂解的强烈倾向，这是颚-脊椎动物中V（D）J重组和适应性免疫的进化中的关键问题。

RAG进化模型

　　在这里，研究人员从文昌鱼ProtoRAG转座酶（RAG的进化相对）的冷冻电子显微镜结构开始，鉴定了ProtoRAG转座酶氨基酸残基和结构域，其获得或丧失功能支持RAG偶联裂解的倾向，它对不对称DNA底物的偏好并且它无法在细胞中进行转座。 特别地，研究人员确定了RAG1中的精氨酸848和RAG2中的酸性区域特异性的两种适应  -它们共同抑制RAG介导的转座超过1,000倍。 该研究结果揭示了抑制RAG介导的转座的双层机制，阐明了V（D）J重组的进化，并提供了控制转座子分子归化的原理的见解。

　　参考信息：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-019-1093-7

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Gnathostomata