生命科学学院胡家志研究组阐述V(D)J重排中RAG细胞周期性调控的分子机理

RAG1 RAG2 凝聚 重排 细胞 活性 调控 RAG 状态 淋巴细胞
北京大学    2022-06-17    29

脊椎动物的B淋巴细胞和T淋巴细胞在发育过程中会通过V(D)J重排产生多样化的细胞表面受体来识别外来抗原,参与机体的适应性免疫过程。这些在基因组上串联分布的V、D、J片段两端带有重组信号序列(Recombination signal sequences , RSSs),可以被淋巴细胞中特异表达的重排酶RAG复合物识别并切割产生DNA双链断裂(Double strand break, DSB),在细胞的非同源末端链接(Non-homologous end joining,NHEJ)修复通路下,不同的V、D、J片段被连接起来从而产生多样化的细胞表面受体1。重排酶RAG是由重组激活基因(Recombination activating genes,RAGs)编码的RAG1和RAG2两个蛋白质组成,它们以复合物的形式靶向基因组中的RSS序列从而发挥V(D)J重排功能。其中,RAG1含有核酸酶活性,是催化活性中心;而RAG2无明确的蛋白质功能域,但可以将RAG1的活性提高数百到数千倍2-3。由于RAG复合物会在基因组中产生DSB,因此细胞将通过一定方式控制RAG复合物的功能活性以保证细胞中的基因组稳定性。已有的研究表明,RAG2的表达受到细胞周期的调控,其只在G1期表达而在进入S期后就快速降解,因此淋巴细胞中只有在G1时期才会发生VDJ重排过程4-5。而RAG2如何调控RAG1,以及细胞为何选择降解RAG2而不是RAG1和RAG2,都是待解决的问题。

2021年10月12日,北京大学生命科学学院和北大-清华生命科学联合中心胡家志研究员课题组在Cell Reports发表了题为“RAG2 abolishes RAG1 aggregation to facilitate V(D)J recombination”的研究论文,系统性地阐述了在细胞周期中RAG2是如何调控RAG1的凝聚从而调控RAG1在细胞内的重排酶活性的,并且从进化的角度阐述了脊椎动物中RAG1和RAG2共进化的生物学意义。

该研究通过表达以及内源荧光标记方式在多种细胞系中利用共聚焦成像技术观察并证明了人RAG1蛋白而不是RAG2在细胞核内形成凝聚体的现象(图1a-b);进一步的研究发现,RAG2的存在可以破坏RAG1的凝聚状态(图1c)。研究人员接着利用实验室2019年开发的PEM-seq高通量测序方法,在整合了RSS序列的293T细胞中检测了凝聚状态和游离状态的RAG1活性。测序结果显示,凝聚态的RAG1几乎不能介导V(D)J重排,相反游离态的RAG1的重排酶活性增加了1154倍(图1d)。当利用RNA结合蛋白FUS迫使RAG1一直以凝聚体形式存在时,其重排酶活性也会被抑制。这表明细胞内RAG1的重排酶活性是受到自身凝聚体状态的调控的,这也能很好地阐述发育中的淋巴细胞在G1周期之外如何保护自身基因组的完整性。为了进一步研究RAG1凝聚体形成机制,研究人员进行了一系类氨基酸功能位点的突变(图1a),发现RAG1蛋白的催化活性中核心氨基酸DDE和位于蛋白质N端核定位信号对其产生凝聚作用发挥了重要的作用。此外,该研究还发现RAG2是通过与RAG1直接的相互作用来破坏RAG1自身的凝聚状态,而不依赖RAG2的PHD功能域(图1c)。

图1. RAG2调控RAG1在细胞核内的凝聚状态

研究人员还从进化角度探究了不同脊椎动物的RAG2蛋白对于人源RAG1凝聚体调控的普适性。结果发现只有人源的RAG2能够最大程度地破坏RAG1的凝聚状态从而起始VDJ重排活性,来自小鼠的RAG2只能恢复很弱的功能,而来自斑马鱼的RAG2则不能调控人源RAG1的凝聚状态(图2),表明了RAG2的起源可能跟RAG1一样早,两者共同进化,因此在物种之间表现出了一些不同的性质。

图2.不同物种RAG2对人RAG1凝聚状态的调控

综上所述,该研究发现了人淋巴细胞中RAG1的凝聚体现象以及RAG2参与RAG复合物活性调控的作用机制,论文最后使用“越狱”模型来对该作用机制进行更形象的描述,即在S/G2/M时期,细胞内的RAG1依赖于自身的结构特征或是在细胞核内无膜细胞器(如核仁)等的帮助下,在细胞核内以凝聚体的形式存在。该凝聚体像“监狱”一样,将重排酶RAG1与基因组上的RSS底物隔绝开来,而当细胞进入G1期,细胞内游离存在的RAG2通过直接结合到RAG1的表面,将RAG1从凝聚体“监狱”中释放出来,形成游离态的RAG复合体从而起始淋巴细胞内的V(D)J重排事件,维持了淋巴细胞的正常生理过程。

图3.淋巴细胞内重排酶RAG1活性调控的“越狱”模型

胡家志为该论文的通讯作者。博士研究生甘婷婷为论文的第一作者。博士研究生王渝鸿,博士后刘阳在该工作中亦有重要贡献。该论文还得到了耶鲁大学医学院David Schatz院士的支持和帮助。该工作得到了北大-清华生命科学联合中心、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、细胞增殖与分化教育部重点实验室以及生命科学学院仪器中心(成像平台及流式平台)的大力支持。

参考文献:

    1.Alt, F.W., Zhang, Y., Meng, F.L., Guo, C., and Schwer, B. (2013). Mechanisms of programmed DNA lesions and genomic instability in the immune system. Cell 152, 417–429.

    2.Oettinger, M.A., Schatz, D.G., Gorka, C., and Baltimore, D. (1990). RAG-1 and RAG-2, adjacent genes that synergistically activate V(D)J recombination. Science 248, 1517—1523.

    3.Schatz, D.G., Oettinger, M.A., and Baltimore, D. (1989). The V(D)J recombination activating gene, RAG-1. Cell 59, 1035–1048.

    4.Lin, W.C., and Desiderio, S. (1993). Regulation of V(D)J recombination activator protein RAG-2 by phosphorylation. Science 260, 953–959.

    5.Lin, W.C., and Desiderio, S. (1994). Cell cycle regulation of V(D)J recombination-activating protein RAG-2. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 2733–2737.

本文为专栏作者授权科易网发表,版权归原作者所有。文章系作者个人观点,不代表科易网立场,转载请联系原作者。如有任何疑问,请联系ky@1633.com。
相关推荐
电子内窥镜解决方案
公司电子内窥镜解决方案,针对临床痛点的解决方案,包括以下产品: 1、呼吸麻醉:可视喉镜系列产品,应对新冠疫情的可视化气道管理解决方案; 2、泌尿外科:硬质电子经皮肾镜;MPCNL术式,新型李逊镜肾结石清除解决方案; 3、肝胆外科:硬质电子胆道镜;PTCSL术式,新型电子硬镜(王平镜)肝内胆管结石及微创保胆解决方案。
领域:医学影像诊断技术
轻量化“数字孪生”3D引擎推动企业数字化转型发展
公司在 “数字孪生”核心支撑技术—3D轻量化领域已耕耘多年,形成了极具门槛的核心技术积累。截止目前,已为国内超过400家客户,涵盖制造业、工程建筑行业、高等院校,提供了3D轻量化产品及技术服务,应用于近500多个重大项目或系统平台建设。 主要产品与服务有: (1) 3D/BIM/GIS轻量化融合引擎(WebGL/服务器端渲染); (2) BIM/GIS施工管理平台; (3) CAD图纸轻量化引擎(WebGL); (4) 图模管理协同平台; (5) 汇报演示系统; (6) 图模查看工具; (7) 3D可视化沙盘搭建系统; (8) 搭建智慧工厂、化工、矿山、电力领域的3D设备模型交易平台。
领域:Web服务与集成软件
药物缓释鼻腔通气及术后支撑系统
国内首家专注鼻科医疗器械研发、生产和销售的科技公司,聚焦鼻腔领域的刚需,为更高效、舒适、安全、经济的临床解决方案提供支持。 核心产品是鼻腔支架,其有效性、舒适性、安全性 均远高于被替代器材。国内尚无厂家报批,门槛高,公司有更长的高利润窗口期。 智能镍钛记忆合金制成的中空填充鼻腔支架产品,即鼻腔微创支架,前鼻孔支架,后鼻孔支架。该系列支架在临床手术后可被安置到鼻腔,并牢固地附着在鼻腔所需位置,从而起到压迫、重塑、止血的作用,并保证顺畅通气,而目前临床常用的膨胀海绵之类的填充物会堵住鼻腔,鼻腔支架产品在有效鼻腔填塞压迫塑形的同时,可以在鼻腔中形成通气通道,不影响患者的通气。鼻腔支架是医疗耗材和治疗策略的改进,有并发症无法做鼻腔手术的病人,用一种新型的诊疗方式,替代手术方案。
领域:其他
植物精油芯片缓释技术在驱蚊手环中的应用与产业化
基于药用植物精油作为天然驱蚊剂的应用前景和存在的弊端分析,项目通过研究植物精油芯片缓释技术在驱蚊手环中的应用,从精油复配、浓度配比、包裹技术等方面进行研究测试,致力于生产自带舒适圈的植物精油驱蚊手环,实现长效保护、天然安全等功能,适用于不同场景不同人群。该技术充分利用药用植物精油的良好的环境相容性、怡人的香味、对人及哺乳动物无毒、无残留等优势,对日后研发出更多更稳定、高效、实用的驱蚊产品奠定了良好的基础。公司专业从事母婴驱蚊产品的研发和制造、分销和零售,具有全球视野,产品范围涵盖运用高分子缓释技术的纯植物驱蚊产品,及蚊虫叮后护理、灭蚊器等一系列产品。
领域:天然药物生物合成制备技术
激光质子刀关键技术突破及激光器产业化
质子疗法是肿瘤放射治疗的一种,该疗法将氢原子核中的质子通过粒子加速器释放高能量射线进行治疗。 由于质子束在组织中独特的吸收曲线(称为布拉格峰),它可以提供更好的剂量分布,允许在肿瘤部位沉积最大的破坏性能量,同时最大限度地减少沿路径对健康组织的损害。 全球首创激光驱动的离子加速:相比于目前质子疗法使用的传统加速器,激光驱动的离子束加速梯度高,能在很短的距离加速到很高的能量,具有源尺寸小、脉冲短、亮度高和能谱宽等特点,在等离子体电磁场诊断、核聚变质子快点火、质子照相、癌症治疗和温稠密物质产生等方面有着广阔的应用前景。 全国产化,全球顶尖的下一代小型化激光质子刀,既完成了对传统放疗的替代,又实现了对大型加速设备的源头创新,引发成本革命,是解决商业化痛点的终局方案。
领域:新型治疗、急救与康复技术
智慧林长制全面解决方案
林长制是以保护发展森林等生态资源为目标, 以压实地方党委政府领导干部责任为核心, 以制度体系建设为保障, 以监督考核为手段, 构建由地方党委政府主要领导担任总林长, 省、市、县、乡、村分级设立林(草)长, 聚焦森林草原资源保护发展重点难点工作, 实现党委领导、党政同责、属地负责、部门协同、全域覆盖、源头治理的长效责任体系。 公司的核心技术团队均有十余年从事“智慧城市”领域的经验,具备新型智慧林业顶层设计、全面解决方案、项目研发及实施的全过程管理能力;主导和参与的项目累计金额达数亿元。 公司具备测绘高级工程师、信息化中高级工程师、系统集成等中高级工程师数十人;具有地方标准和行业标准制定能力和丰富的经验;核心成员曾主导及参与出版发行行业信息化专著。 公司主营业务是智慧/数字林业,围绕林业系统的相关业务,是林业行业领域,提供智慧林长制全面解决方案的服务商。
领域:物联网应用软件
防止硫化技术的高校资源
防止硫化技术的高校资源
化工生产装置发生硫化亚铁自燃的危害性,比较了目前防止硫化亚铁自燃的几种方法,介绍了FZC-1硫化亚铁化学清洗剂的性能特点及在扬子石化加氢裂化装置的应用情况。应用结果表明:FZC-1硫化亚铁化学清洗剂对防止硫化亚铁自燃效果明显,且不会造成环境污染。
关键词:化工生产,硫化,化学清洗剂,硫化亚铁
后主族金属氧硫技术专家推荐
后主族金属氧硫技术专家推荐
后主族金属氧硫(post-translational modifications,PTMs)是指在蛋白质翻译后,对蛋白质的氨基酸序列进行修饰的现象。这些修饰可以影响蛋白质的结构、功能和稳定性,因此在生物医学研究、生物化学和生物工程等领域具有广泛的应用。定义:PTMs是指在蛋白质翻译后,对蛋白质的氨基酸序列进行修饰的现象。这些修饰可以包括磷酸化、甲基化、乙酰化、磷酸化、甲基化等。
关键词:氨基酸序列,氧硫,PTMs
α-葡萄糖转苷酶黑曲霉是什么?
α-葡萄糖转苷酶黑曲霉是什么?
α-葡萄糖转苷酶黑曲霉(Alpha-glucosidase Black Aspergillus)是一种野生霉菌,属于曲霉属。它的黑色菌丝和菌落具有很高的营养价值,富含多种生物活性成分,如多糖、蛋白质、氨基酸、矿物质和微量元素等。近年来,α-葡萄糖转苷酶黑曲霉在食品、化妆品、医药等领域的应用逐渐受到关注。
关键词:Aspergillus,曲霉,α-葡萄糖
蒸煮工艺技术的高校资源
蒸煮工艺技术的高校资源
蒸煮工艺是一种重要的食品加工方法,主要用于对食材进行加热处理,以达到煮熟、软化或嫩化的效果。蒸煮工艺可以通过不同的方式进行操作,包括蒸、煮、蒸煮混合等,可以根据食材的特点和需要选择不同的方法。在食品加工中,蒸煮工艺具有广泛的应用,可以提高食材的品质,改善口感,延长食品的保质期。
关键词:蒸煮工艺,食品加工,食材
金银花饮料技术专家推荐
金银花饮料技术专家推荐
金银花饮料是一种以金银花为原料开发的天然饮品,具有清热解毒、凉血止血等功效,受到广大消费者的喜爱。金银花饮料的历史可以追溯到古代,而现代金银花饮料的生产工艺和技术已经得到了很大的发展。
关键词:饮品,金银花饮料,自动化生产,凉血
自拟中药汤是什么?
自拟中药汤是什么?
探讨自拟中药汤配合熏蒸推拿法治疗类风湿关节炎的临床效果。方法将52例类风湿关节炎患者分为观察组和治疗组各26例,实施自拟中药汤配合熏蒸推拿法治疗,对照组患者采用常规治疗,并比较两组患者的治疗效果。
关键词:临床效果,中药汤,类风湿关节炎,推拿法
波导耦合器专利申请
波导耦合器专利申请
波导耦合器是一种常用的微波器件,用于在不同波导系统之间传输微波信号。其工作原理基于电磁波在波导内的传输特性,通过特定的结构设计,实现不同波导之间的能量耦合和传输。波导耦合器的基本结构包括输入波导口、输出波导口和耦合部件。
关键词:平面弯曲,波导器件,波导耦合器
自动投切专利申请
自动投切专利申请
自动投切是通过自动装置来实现的。这种装置能够根据电网的运行状态,通过感应器对电容器的运行进行自动调控,并在需要时自动进行投切。自动投切装置在电力系统中有着广泛的应用,包括重要机房、计算机房等关键设备的电力保障,电力系统中重要设备、通信设备的备用电源,以及火灾、地震等紧急情况下的电力供应保障。
关键词:自动投切,实现方式,并联电容器
服务精选
服务案例