轉座子（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細胞受體庫，是顎脊椎動物適應性免疫系統(tǒng)演變的關鍵事件。將祖先RAG轉座酶轉化為具有適當調(diào)節(jié)的DNA切割和轉座活性的RAG重組酶的進化適應性尚不清楚。這是顎-脊椎動物中V（D）J重組和適應性免疫的進化中的關鍵問題。

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

顎-脊椎動物基本分類

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

通過BbRAGL進行未偶聯(lián)的DNA切割

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

cBbRAGL-切口3'TIR復合物的Cryo-EM結構

RAG轉座子馴化模型預測脊索動物進化過程中的臨界差異，其中在下頜脊椎動物中，RAG轉座酶獲得重組酶的特性，而在文昌魚中，保留了轉座酶功能。后裂解反應步驟的差異將是特別關鍵的，RAG產(chǎn)生的DNA末端優(yōu)先進行末端連接（重組）而不是轉座，并且ProtoRAG保留了對末端連接的轉座的強烈偏好。實際上，RAG在活細胞中的轉作活性較差，迄今為止在小鼠或人類中僅鑒定出一個單一的骨轉作事件。如何將祖先RAG轉座子馴化以產(chǎn)生具有最小體內(nèi)轉座活性的RAG重組酶和不對稱底物偶聯(lián)裂解的強烈傾向，這是顎-脊椎動物中V（D）J重組和適應性免疫的進化中的關鍵問題。

RAG進化模型

在這里，研究人員從文昌魚ProtoRAG轉座酶（RAG的進化相對）的冷凍電子顯微鏡結構開始，鑒定了ProtoRAG轉座酶氨基酸殘基和結構域，其獲得或喪失功能支持RAG偶聯(lián)裂解的傾向，它對不對稱DNA底物的偏好并且它無法在細胞中進行轉座。 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 - 它們共同抑制RAG介導的轉座超過1,000倍。 該研究結果揭示了抑制RAG介導的轉座的雙層機制，闡明了V（D）J重組的進化，并提供了控制轉座子分子歸化的原理的見解。

參考信息：

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

https://en./wiki/Gnathostomata