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免疫球蛋白胚系基因重排的机制

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免疫球蛋白胚系基因重排的机制

RSS包括七聚体(heptamer)和九聚体(nonamer)两种核苷酸序列,前者为CACAGTG,后者为ACAAAAACC。七聚体和九聚体之间含一间隔序列(spacer),分别为12bp或23bp长短。这种“七聚体―间隔序列―九聚体”结构即为重组信号序列。在重组酶识别和作用下,带有12bp间隔序列RSS的基因片段只能和带有23bp间隔序列的片段相结合而发生重排,被称为12-23规则,它保证了基因片段连接的正确性。

在重链VH片段3’端的RSS和JH片段的5,端的RS5序列都带有23bp间隔序列,而D片段在5,和3,端的RSS都有带12bp间隔序列,因而D只能和JH以及VH相连,而VH片段不能和JH片段相连,因为不符合12-23规则,其顺序先为D―JH相连,然后是V―DJH相连。对轻链来说,其VL片段的3’端和J片段的5,端的RSS序列反向互补,分别带有12或23bp间隔序列,从而能造成V―J连接。连接方式可以是环出(100pingOut)或是倒转(inversion)。

上述RSS介导的免疫球蛋白编码基因的重排需要重组酶的参与。顾名思义,重组酶是一组参与V、D、J基因片段重组的酶,包括RAG蛋白、末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)以及参与修复DNA双链断端的多种酶(如内切酶、外切酶、DNA合成酶等)。重组激活基因(RAG)编码的蛋白称为RAG―l和RAG―2。由RAC―1和RAG-2形成的复合物是一种内切酶,只表达在T、B细胞不成熟阶段。Schatz等以包含RSS序列的J。

Vx基因转染各种细胞,发现只有在前B细胞和前T细胞中才能发生J。和Vx的重排,而在成熟的T、B细胞中则无重排发生,表明重组酶活性仅限于T、B细胞成熟中的早期阶段。进而鉴定并克隆出RAC―I基因和RAG―2基因。RAG―1和RAG―2以二聚体方式专一性地识别RSS和切断七聚体一侧的基因片段,介导V、D、J重排。一旦VDJ基因重排并转录和表达,RAG的表达即受到抑制,VDJ基因不再发生重排。

Is的H、L链基因的V、D、J基因片段的一侧或两侧均有特殊的RSS重组信号序列。RSS的核苷酸序列为:七核苷酸一12或23bp随机间隔序列--%核苷酸。 Is与TCR基因发生重排时,遵循12--23规则,即带有12bp间隔序列的RSS只能与带有23bp间隔序列的RSS发生重排,它保证了基因片段连接的方向性和正确性。在重排连接时,基因片段和七核苷酸序列之间被切断,从而使两个基因片段连接,而两个基因片段间的序列连接成环,被切出染色体,称为环出;如双方的RSS序列在同侧,则通过倒转方式相连接。

实际上,Ig基因的重排是一系列重组酶共同作用的结果。下面以重链D、J基因片段重排为例加以说明。RAC―1/RAC―2二聚体识别RSS后,先后切断双链DNA中一个单链七聚体的一侧和互补链,并在D片段的3’端和J片段的5’端分别形成发夹样结构。随后内切酶切开发夹结构,形成带有回文结构的单股DNA。

单股DNA在TdT的作用下,数个核苷酸以非模板依赖的形式连接到P―核苷酸(palindrome-nucleot记es)的游离侧,然后两个单股DNA配对,由外切酶去除未配对的核苷酸,最后通过DNA合成酶补齐编码的连接点。在此过程中,高速泳动蛋白1(HMGl)对RAG作用下23bpRSS的正确断裂是必需的,缺乏HMGl,重排过程中会将23bPRSS误认为12bpRSS。

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