Los genes activadores de la recombinación (RAG) codifican partes de un complejo proteico que desempeña funciones importantes en el reordenamiento y recombinación de los genes que codifican las moléculas receptoras de células T e inmunoglobulinas . Existen dos genes activadores de la recombinación RAG1 y RAG2 , cuya expresión celular está restringida a los linfocitos durante sus etapas de desarrollo. Las enzimas codificadas por estos genes, RAG-1 y RAG-2, son esenciales para la generación de células B y células T maduras , dos tipos de linfocitos que son componentes cruciales del sistema inmunológico adaptativo . [1]
gen 1 de activación de la recombinación | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | RAG1 | |||||
Gen NCBI | 5896 | |||||
HGNC | 9831 | |||||
OMIM | 179615 | |||||
RefSeq | NM_000448 | |||||
UniProt | P15918 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 11 p13 | |||||
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gen 2 de activación de la recombinación | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | RAG2 | |||||
Gen NCBI | 5897 | |||||
HGNC | 9832 | |||||
OMIM | 179616 | |||||
RefSeq | NM_000536 | |||||
UniProt | P55895 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 11 p13 | |||||
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Proteína 2 activadora de la recombinación | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | RAG2 | |||||||
Pfam | PF03089 | |||||||
InterPro | IPR004321 | |||||||
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Proteína 1 activadora de la recombinación | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | RAG1 | |||||||
Pfam | PF12940 | |||||||
InterPro | IPR004321 | |||||||
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Función
En el sistema inmunológico de los vertebrados, cada anticuerpo está personalizado para atacar un antígeno en particular (proteínas extrañas y carbohidratos) sin atacar al cuerpo en sí. El genoma humano tiene como máximo 30.000 genes y, sin embargo, genera millones de anticuerpos diferentes, lo que le permite responder a la invasión de millones de antígenos diferentes. El sistema inmune genera esta diversidad de anticuerpos por revolver, corte y recombinación de unos pocos cientos de genes (los genes VDJ) para crear millones de permutaciones, en un proceso llamado V (D) J recombinación . [1] RAG-1 y RAG-2 son proteínas en los extremos de los genes VDJ que separan, mezclan y vuelven a unir los genes VDJ. Esta mezcla tiene lugar dentro de las células B y las células T durante su maduración.
Las enzimas RAG funcionan como un complejo de múltiples subunidades para inducir la escisión de una molécula de ADN bicatenario simple (dsDNA) entre el segmento codificador del receptor de antígeno y una secuencia señal de recombinación flanqueante (RSS). Hacen esto en dos pasos. Inicialmente introducen una 'mella' en el extremo 5 '(corriente arriba) del heptámero RSS (una región conservada de 7 nucleótidos) que está adyacente a la secuencia codificante, dejando una estructura bioquímica específica en esta región del ADN: un 3' - grupo hidroxilo (OH) en el extremo codificante y un grupo 5'- fosfato (PO 4 ) en el extremo RSS. El siguiente paso acopla estos grupos químicos, uniendo el grupo OH (en el extremo codificante) al grupo PO 4 (que se encuentra entre el RSS y el segmento del gen en la hebra opuesta). Esto produce una rotura bicatenaria 5'-fosforilada en el RSS y una horquilla cerrada covalentemente en el extremo codificador. Las proteínas RAG permanecen en estas uniones hasta que otras enzimas (notablemente, TDT) reparan las roturas del ADN.
Las proteínas RAG inician la recombinación V (D) J, que es esencial para la maduración de las células pre-B y pre-T. Las células B maduras activadas también poseen otros dos fenómenos notables, independientes de RAG, de manipulación de su propio ADN: la denominada recombinación de cambio de clase (cambio de isotipo AKA) e hipermutación somática (maduración de afinidad AKA). [2] Los estudios actuales han indicado que RAG-1 y RAG-2 deben funcionar de manera sinérgica para activar la recombinación de VDJ . Se demostró que RAG-1 induce ineficazmente la actividad de recombinación de los genes VDJ cuando se aísla y transfecta en muestras de fibroblastos. Cuando RAG-1 se cotransfectó con RAG-2, la frecuencia de recombinación aumentó 1000 veces. [3] Este hallazgo ha fomentado la teoría recientemente revisada de que los genes RAG no solo pueden ayudar en la recombinación VDJ, sino que inducen directamente las recombinaciones de los genes VDJ.
Estructura
Como ocurre con muchas enzimas, las proteínas RAG son bastante grandes. Por ejemplo, el ratón RAG-1 contiene 1040 aminoácidos y el ratón RAG-2 contiene 527 aminoácidos. La actividad enzimática de las proteínas RAG se concentra principalmente en una región central; Los residuos 384 a 1008 de RAG-1 y los residuos 1 a 387 de RAG-2 retienen la mayor parte de la actividad de escisión del ADN. El núcleo de RAG-1 contiene tres residuos ácidos (D 600 , D 708 y E 962 ) en lo que se denomina motivo DDE , el principal sitio activo para la escisión del ADN. Estos residuos son críticos para cortar la hebra de ADN y para formar la horquilla de ADN. Los residuos 384-454 de RAG-1 comprenden una región de unión a nonamer (NBR) que se une específicamente al nonómero conservado (9 nucleótidos ) de la RSS y el dominio central (aminoácidos 528-760) de RAG-1 se une específicamente a la RSS heptámero. Se predice que la región central de RAG-2 formará una estructura de hélice beta de seis palas que parece menos específica que RAG-1 para su objetivo.
Las estructuras de microscopía crioelectrónica de los complejos sinápticos RAG revelan una conformación dímera cerrada con generación de nuevas interacciones intermoleculares entre dos monómeros RAG1-RAG2 al unirse al ADN, en comparación con el complejo Apo-RAG que constituye una conformación abierta. [4] Ambas moléculas RAG1 en el dímero cerrado están involucradas en la unión cooperativa de los intermedios 12-RSS y 23-RSS con interacciones específicas de base en el heptámero del extremo de la señal. La primera base del heptámero en el extremo de la señal se voltea para evitar el choque en el centro activo. Cada extremo codificante del intermedio RSS cortado se estabiliza exclusivamente por un monómero RAG1-RAG2 con interacciones proteína-ADN no específicas. El extremo de codificación está muy distorsionado con una base volteada del dúplex de ADN en el centro activo, lo que facilita la formación de horquilla mediante un mecanismo catalítico potencial de iones de dos metales. Los intermedios 12-RSS y 23-RSS están muy doblados y asimétricamente unidos al complejo RAG sináptico con el dímero del dominio de unión no merista inclinado hacia el nomer del 12-RSS pero alejándose del nomer del 23-RSS, que enfatiza el 12 / 23 regla. Dos moléculas de HMGB1 se unen a cada lado de 12-RSS y 23-RSS para estabilizar las RSS muy dobladas. Estas estructuras elaboran los mecanismos moleculares para el reconocimiento del ADN, la catálisis y la sinapsis única que subyace a la regla del 23/12, proporcionan nuevos conocimientos sobre las enfermedades humanas asociadas con RAG y representan un conjunto más completo de complejos en las vías catalíticas de cualquier recombinasa de la familia DDE. , transposasas o integrasas.
Evolución
Basado en la homología de la secuencia central, se cree que RAG1 evolucionó a partir de una transposasa de la superfamilia Transib . [5] Se ha identificado un transposón con RAG2 dispuesto junto a RAG1 en el erizo de mar púrpura. [6] Se han descubierto transposones Transib activos con RAG1 y RAG2 ("ProtoRAG") en B. belcheri (lanceleta china) y Psectrotarsia flava (una polilla). [7] [8] Las repeticiones terminales invertidas (TIR) en la lanceta ProtoRAG tienen una estructura heptámero-espaciador-nonamero similar a la de RSS, pero la polilla ProtoRAG carece de un nonamero. Las regiones que no se unen al polímero y las secuencias que no se unen al polímero de la lanceta ProtoRAG y el RAG animal son lo suficientemente diferentes como para no reconocerse entre sí. [7] Se ha resuelto la estructura de la lanceta protoRAG ( PDB : 6b40 ), lo que proporciona cierta comprensión sobre los cambios que conducen a la domesticación de los genes RAG. [9]
Aunque los orígenes de los transposones de estos genes están bien establecidos, todavía no hay consenso sobre cuándo se hizo presente el locus RAG1 / 2 ancestral en el genoma de vertebrados. Debido a que los agnathans (una clase de peces sin mandíbula) carecen de un elemento central RAG1, tradicionalmente se suponía que RAG1 invadió después de la división agnathan / gnatostoma hace 1001 a 590 millones de años (MYA). [10] Sin embargo, la secuencia central de RAG1 se ha identificado en el equinodermo Strongylocentrotus purpuratus (erizo de mar púrpura), [11] el amphioxi Branchiostoma floridae (lanceleta de Florida). [12] También se han identificado secuencias con homología con RAG1 en Lytechinus veriegatus (erizo de mar verde), Patiria minata (estrella de mar), [6] y el molusco Aplysia californica . [13] Estos hallazgos indican que el transposón de la familia Transib invadió varias veces en especies no vertebradas e invadió el genoma ancestral de vertebrados mandibulares alrededor de 500 MYA. [6] Actualmente se plantea la hipótesis de que la invasión de RAG1 / 2 es el evento evolutivo más importante en términos de la configuración del sistema inmunitario adaptativo del gnatóstomo frente al sistema receptor de linfocitos variable agnathan .
Presión selectiva
Aún no está claro qué fuerzas llevaron al desarrollo de un sistema inmunológico mediado por RAG1 / 2 exclusivamente en vertebrados con mandíbula y no en ninguna especie de invertebrado que también adquirió el transposón que contiene RAG1 / 2. Las hipótesis actuales incluyen dos eventos de duplicación del genoma completo en vertebrados, [14] que proporcionarían la materia prima genética para el desarrollo del sistema inmunológico adaptativo y el desarrollo de tejido endotelial, una mayor actividad metabólica y una disminución del volumen sanguíneo a relación de peso corporal, todos los cuales están más especializados en vertebrados que en invertebrados y facilitan la respuesta inmunitaria adaptativa. [15]
Ver también
- Síndrome de Omenn
- Inmunodeficiencia combinada grave
Referencias
- ^ a b Jones JM, Gellert M (agosto de 2004). "La domesticación de un transposón: recombinación V (D) J y el sistema inmunológico" . Revisiones inmunológicas . 200 : 233–48. doi : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00168.x . PMID 15242409 . S2CID 12080467 .
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Otras lecturas
- Sadofsky MJ (agosto de 2004). "Proteínas génicas que activan la recombinación: más regulación, por favor" . Revisiones inmunológicas . 200 : 83–9. doi : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00164.x . PMID 15242398 . S2CID 23905210 .
- De P, Rodgers KK (agosto de 2004). "Poniendo las piezas juntas: identificación y caracterización de dominios estructurales en la proteína de recombinación V (D) J RAG1". Revisiones inmunológicas . 200 : 70–82. doi : 10.1111 / j.0105-2896.2004.00154.x . PMID 15242397 . S2CID 22044642 .
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enlaces externos
- Travis, John (noviembre de 1998). "El sistema inmunológico accidental; Hace mucho tiempo, un trozo de ADN errante, tal vez de un microbio, creó una estrategia clave" (PDF) . Noticias de ciencia . 154 (19): 302-303. doi : 10.2307 / 4010948 . JSTOR 4010948 . Una explicación simple del gen que activa la recombinación para el lector general.