轉(zhuǎn)座子（可以改變其在基因組中的位置的DNA序列）的馴化產(chǎn)生RAG1-RAG2重組酶（RAG）和V（D）J重組，其產(chǎn)生多種抗體和T細(xì)胞受體庫(kù)，是顎脊椎動(dòng)物適應(yīng)性免疫系統(tǒng)演變的關(guān)鍵事件。將祖先RAG轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)化為具有適當(dāng)調(diào)節(jié)的DNA切割和轉(zhuǎn)座活性的RAG重組酶的進(jìn)化適應(yīng)性尚不清楚。這是顎-脊椎動(dòng)物中V（D）J重組和適應(yīng)性免疫的進(jìn)化中的關(guān)鍵問(wèn)題。

顎-脊椎動(dòng)物包括大約60,000種，占所有活脊椎動(dòng)物的99％。除了對(duì)立的頜骨外，活體侏儒體還有牙齒，成對(duì)的附肢和內(nèi)耳的水平半規(guī)管，以及生理和細(xì)胞解剖學(xué)特征，如神經(jīng)元的髓鞘；另一特征是使用V（D）J重組產(chǎn)生抗原識(shí)別位點(diǎn)的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，而不是在可變淋巴細(xì)胞受體基因中使用基因重組。

顎-脊椎動(dòng)物基本分類(lèi)

顎-脊椎動(dòng)物已經(jīng)進(jìn)化出復(fù)雜的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，其依賴(lài)于在發(fā)育中的B和T淋巴細(xì)胞中來(lái)自V，D和J基因區(qū)段的免疫球蛋白和T細(xì)胞受體基因的組裝。 當(dāng)RAG在包含由12或23堿基對(duì)（bp）分開(kāi)的保守七聚體和九聚體元件的重組信號(hào)序列（RSS）處切割鄰近基因區(qū)段時(shí)，啟動(dòng)稱(chēng)為V（D）J重組的組裝反應(yīng)，其中 spacer（分別為12RSS和23RSS）1， RAG的DNA切割通過(guò)切口 - 發(fā)夾機(jī)制發(fā)生，其中發(fā)夾形成以協(xié)調(diào)（偶聯(lián)）方式在包含一個(gè)12RSS和一個(gè)23RSS的突觸復(fù)合物中發(fā)生，該限制被稱(chēng)為12/23規(guī)則。 12/23規(guī)則和偶聯(lián)切割是RAG的基本特征，被認(rèn)為有助于V（D）J重組的正確編排和基因組完整性的保護(hù)。

通過(guò)BbRAGL進(jìn)行未偶聯(lián)的DNA切割

轉(zhuǎn)座子的“分子馴化”廣泛地促進(jìn)了新蛋白質(zhì)的進(jìn)化，其中RAG和V（D）J重組代表了該過(guò)程的范例。目前的證據(jù)支持一種模型，其中RAG1和RAG2從古老的'RAG轉(zhuǎn)座子'的轉(zhuǎn)座酶基因進(jìn)化而來(lái)，而免疫球蛋白和T細(xì)胞受體基因是由于轉(zhuǎn)座子插入受體基因而產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)座子插入的末端反向重復(fù)序列（TIR）成為RSSs，這種模型得到了頭足動(dòng)物文昌魚(yú)的發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)烈支持。

cBbRAGL-切口3'TIR復(fù)合物的Cryo-EM結(jié)構(gòu)

RAG轉(zhuǎn)座子馴化模型預(yù)測(cè)脊索動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中的臨界差異，其中在下頜脊椎動(dòng)物中，RAG轉(zhuǎn)座酶獲得重組酶的特性，而在文昌魚(yú)中，保留了轉(zhuǎn)座酶功能。后裂解反應(yīng)步驟的差異將是特別關(guān)鍵的，RAG產(chǎn)生的DNA末端優(yōu)先進(jìn)行末端連接（重組）而不是轉(zhuǎn)座，并且ProtoRAG保留了對(duì)末端連接的轉(zhuǎn)座的強(qiáng)烈偏好。實(shí)際上，RAG在活細(xì)胞中的轉(zhuǎn)作活性較差，迄今為止在小鼠或人類(lèi)中僅鑒定出一個(gè)單一的骨轉(zhuǎn)作事件。如何將祖先RAG轉(zhuǎn)座子馴化以產(chǎn)生具有最小體內(nèi)轉(zhuǎn)座活性的RAG重組酶和不對(duì)稱(chēng)底物偶聯(lián)裂解的強(qiáng)烈傾向，這是顎-脊椎動(dòng)物中V（D）J重組和適應(yīng)性免疫的進(jìn)化中的關(guān)鍵問(wèn)題。

RAG進(jìn)化模型

在這里，研究人員從文昌魚(yú)ProtoRAG轉(zhuǎn)座酶（RAG的進(jìn)化相對(duì)）的冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)開(kāi)始，鑒定了ProtoRAG轉(zhuǎn)座酶氨基酸殘基和結(jié)構(gòu)域，其獲得或喪失功能支持RAG偶聯(lián)裂解的傾向，它對(duì)不對(duì)稱(chēng)DNA底物的偏好并且它無(wú)法在細(xì)胞中進(jìn)行轉(zhuǎn)座。 特別地，研究人員確定了RAG1中的精氨酸848和RAG2中的酸性區(qū)域特異性的兩種適應(yīng) - 它們共同抑制RAG介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座超過(guò)1,000倍。 該研究結(jié)果揭示了抑制RAG介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座的雙層機(jī)制，闡明了V（D）J重組的進(jìn)化，并提供了控制轉(zhuǎn)座子分子歸化的原理的見(jiàn)解。

參考信息：

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

https://en./wiki/Gnathostomata