研究闡述V(D)J重排中RAG細胞周期性調控的分子機理

　　脊椎動物的B淋巴細胞和T淋巴細胞在發育過程中會通過V(D)J重排產生多樣化的細胞表面受體來識別外來抗原，參與機體的適應性免疫過程。這些在基因組上串聯分布的V、D、J片段兩端帶有重組信號序列（Recombination signal sequences ， RSSs），可以被淋巴細胞中特異表達的重排酶RAG復合物識別并切割產生DNA雙鏈斷裂（Double strand break， DSB），在細胞的非同源末端鏈接（Non-homologous end joining，NHEJ）修復通路下，不同的V、D、J片段被連接起來從而產生多樣化的細胞表面受體1。重排酶RAG是由重組激活基因（Recombination activating genes，RAGs）編碼的RAG1和RAG2兩個蛋白質組成，它們以復合物的形式靶向基因組中的RSS序列從而發揮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無明確的蛋白質功能域，但可以將RAG1的活性提高數百到數千倍2-3。由于RAG復合物會在基因組中產生DSB，因此細胞將通過一定方式控制RAG復合物的功能活性以保證細胞中的基因組穩定性。已有的研究表明，RAG2的表達受到細胞周期的調控，其只在G1期表達而在進入S期后就快速降解，因此淋巴細胞中只有在G1時期才會發生VDJ重排過程4-5。而RAG2如何調控RAG1，以及細胞為何選擇降解RAG2而不是RAG1和RAG2，都是待解決的問題。

　　北京大學生命科學學院和北大-清華生命科學聯合中心胡家志研究員課題組在Cell Reports發表了題為“RAG2 abolishes RAG1 aggregation to facilitate V(D)J recombination”的研究論文，系統性地闡述了在細胞周期中RAG2是如何調控RAG1的凝聚從而調控RAG1在細胞內的重排酶活性的，并且從進化的角度闡述了脊椎動物中RAG1和RAG2共進化的生物學意義。

　　該研究通過表達以及內源熒光標記方式在多種細胞系中利用共聚焦成像技術觀察并證明了人RAG1蛋白而不是RAG2在細胞核內形成凝聚體的現象（圖1a-b）；進一步的研究發現，RAG2的存在可以破壞RAG1的凝聚狀態（圖1c）。研究人員接著利用實驗室2019年開發的PEM-seq高通量測序方法，在整合了RSS序列的293T細胞中檢測了凝聚狀態和游離狀態的RAG1活性。測序結果顯示，凝聚態的RAG1幾乎不能介導V(D)J重排，相反游離態的RAG1的重排酶活性增加了1154倍（圖1d）。當利用RNA結合蛋白FUS迫使RAG1一直以凝聚體形式存在時，其重排酶活性也會被抑制。這表明細胞內RAG1的重排酶活性是受到自身凝聚體狀態的調控的，這也能很好地闡述發育中的淋巴細胞在G1周期之外如何保護自身基因組的完整性。為了進一步研究RAG1凝聚體形成機制，研究人員進行了一系類氨基酸功能位點的突變（圖1a），發現RAG1蛋白的催化活性中核心氨基酸DDE和位于蛋白質N端核定位信號對其產生凝聚作用發揮了重要的作用。此外，該研究還發現RAG2是通過與RAG1直接的相互作用來破壞RAG1自身的凝聚狀態，而不依賴RAG2的PHD功能域（圖1c）。

　　研究人員還從進化角度探究了不同脊椎動物的RAG2蛋白對于人源RAG1凝聚體調控的普適性。結果發現只有人源的RAG2能夠最大程度地破壞RAG1的凝聚狀態從而起始VDJ重排活性，來自小鼠的RAG2只能恢復很弱的功能，而來自斑馬魚的RAG2則不能調控人源RAG1的凝聚狀態（圖2），表明了RAG2的起源可能跟RAG1一樣早，兩者共同進化，因此在物種之間表現出了一些不同的性質。