Xene activador da recombinación

No sistema inmunitario de vertebrados, cada anticorpo é preparado para atacar un determinado antíxeno (proteínas e carbohidratos alleos) sen atacar o propio corpo. O xenoma humano contén como moito 30 000 xenes, e aínda así ten a capacidade de xerar millóns de anticorpos diferentes, grazas ao cal pode responder á invasión de millóns de antíxenos distintos. O sistema inmunitario xera esta diversidade de anticorpos cortando, intercambiando e recombinando uns poucos centos de xenes (os xenes ou fragmentos xénicos VDJ) creando con eles millóns de permutacións, nun proceso chamado recombinación V(D)J.^[1] RAG1 e RAG2 son proteínas que se sitúan ao final dos xenes VDJ cuxa acción é separar, combinar e volver a unir ditos xenes. Esta combinación de xenes ten lugar dentro das células B e T durante a súa maduración.

Os encimas RAG funcionan como un complexo de varias subunidades que inducen a clivaxe dunha molécula de ADN bicatenaria (dsDNA) entre o segmento codificante do receptor do antíxeno e unha secuencia sinal de recombinación (RSS) que o flanquea. Isto fano en dúas etapas. Inicialmente introducen unha ‘amosega’ no extremo 5' (augas arriba) do heptámero RSS (unha rexión conservada de 7 nucleótidos) que está adxacente á secuencia codificante, deixando detrás unha estrutura bioquímica específica nesta rexión do ADN consistente nun grupo 3'-hidroxilo (OH) no extremo codificante e un grupo 5'-fosfato (PO₄) no extremo da RSS. Na seguinte etapa acoplan estes grupos químicos, unindo o grupo OH (no extremo codificante) ao grupo PO₄ (que está entre a RSS e o segmento xénico da febra oposta). Isto produce unha rotura de dobre febra fosforilada no 5' na RSS e unha forquita pechada covalentemente no extremo codificante. As proteínas RAG permanecen nestas unións ata que outros encimas (especialmente, TDT) reparan as roturas no ADN.

As proteínas RAG inician a recombinación V(D)J, que é esencial para a maduración das células pre-B e pre-T. As células B activadas maduras tamén posúen outros dous modos destacables de manipular o seu propio ADN, que son independentes das RAG: a denominada recombinación de cambio de clase (ou cambio de isotipo) e a hipermutación somática (ou maduración da afinidade).^[2] Os estudos actuais indican que RAG1 e RAG2 deben traballar de maneira sinérxica para activar a recombinación V(D)J. A RAG1 induce de forma ineficaz a actividade de recombinación dos xenes VDJ cando é illada e transfectada en mostras de fibroblastos. Cando RAG1 é cotransfectada con RAG2, a frecuencia de recombinación increméntase multiplicándose por mil.^[3] Este descubrimento promoveu a nova teoría revisada de que os xenes RAG pode que non só axuden á recombinación V(D)J, senón que tamén induzan directamente as recombinacións de xenes VDJ.

Como ocorre con moitos encimas, as proteínas RAG son bastante grandes. Por exemplo, a RAG-1 de rato consta de 1 040 aminoácidos e a RAG-2 de rato, de 527 aminoácidos. A actividae encimática das proteínas RAG está concentrada en gran medida na rexión central; nos residuoss 384–1008 da RAG-1 e os 1–387 da RAG-2 reside a maior parte da actividade de clivaxe do ADN. O núcleo de RAG-1 contén tres residuos ácidos (D₆₀₀, D₇₀₈ e E₉₆₂) no que se chama o motivo DDE, o sitio activo principal para a clivaxe do ADN. Estes residuos son esenciais para facer amosegas na febra de ADN e para formar a forquita de ADN. Os residuos 384–454 da RAG-1 comprenden unha rexión de unión ao nonámero (NBR), que especificamente se une ao nonámero conservado (de 9 nucleótidos) da RSS e o dominio central (aminoácidos 528–760) da RAG-1, que se une especificamente ao heptámero RSS. Prfedíxose que a rexión nuclear da RAG-2 forma unha estrutura en propulsor beta de seis follas que parece menos específica para a súa diana que a RAG-1.

Un estudo publicado recentemente na revista Cell, que apareceu en Global Medical Discovery ^[4] resolveu as estruturas de microscopia electrónica crioxénica da RAG sináptica en complexo con varias formas de intermediarios de ADN e produtos, a resolucións case atómicas (3,4 Å de resolución). As estruturas dos complexos RAG sinápticos revelan unha conformación dímera pechada na que se xeran novas interaccións intermoleculares entre dous monómeors RAG1-RAG2 ao unirse ao ADN, en comparación co complexo Apo-RAG, que orixina unha conformación aberta. Ambas as moléculas de RAG1 no dímero pechado están implicadas na unión cooperativa dos intermediarios 12-RSS e 23-RSS con interaccións específicas de base no heptámero do extremo sinal. A primeira base do heptámero no extremo sinal está volteada para evitar o choque no centro activo. Cada extremo codificante do intermediario RSS con amosega é estabilizado exclusivamente por un monómero RAG1-RAG2 con interaccións proteína-ADN non específicas. O extremo codificante está moi distorsionado e unha das bases está volteada con respecto á dobre hélice do ADN no centro activo, o cal facilita a formación da forquita por un potencial mecanismo catalítico de ión bimetálico. Os intermediarios 12-RSS e 23-RSS están moi dobrados e unidos asimetricamente ao complexo RAG sináptico co dímero do dominio nonámero de unión inclinado cara ao nonámero da 12-RSS, pero lonxe do nonámero da 23-RSS, o cal pon de relevo a regra do 12/23. Dúas moléculas HMGB1 únense a cada lado das 12-RSS e 23-RSS para estabilizar as altamente pregadas RSS. Estas estruturas elaboran os mecanismos moleculares para o recoñecemento do ADN, a catálise e a singular sinapse baseada na regra do 12/23, e proporcionan novas ideas sobre as enfermidades humanas asociadas coa RAG, e representa un conxunto moi completo de complexos nas vías catalíticas de calquera familia DDE de recombinases, transposases ou integrases.

Baseándose na homoloxía da secuencia central, crese que unha proteína RAG-1 evolucionou a partir dun transposón da superfamilia Transib.^[5] Aínda que as orixes do transposón destes xenes están ben establecidas, polo momento non hai un consenso sobre cando a RAG1/2 ancestral empezou a estar presente no xenoma dos vertebrados. Como os ágnatos (peixes sen mandíbula) carecen do elemento RAG1 central, asumíase tradicionalmente que a RAG1 invadiu os xenomas despois da separación ágnatos/gnatóstomos hai entre 1 001 e 590 millóns de anos.^[6] Porén, a secuencia central da RAG1 foi identificada no equinodermo Strongylocentrotus purpuratus (un ourizo de mar),^[7] e no anfioxo Branchiostoma floridae.^[8] Secuencias con homoloxía coa RAG1 foron tamén identificadas no ourizo de mar Lytechinus veriegatus, a estrela de mar Patiria minata,^[9] e o molusco Aplysia californica.^[10]

Estes descubrimentos indican que os transposóns da familia Transib invadiron os xenomas múltiples veces en especies de invertebrados, e invadiron tamén o xenoma do vertebrado mandibulado ancestral hai uns 500 millóns de anos.^[9] Debería tamén sinalarse que RAG1/2 só se atopa en gnatóstomos e non en ágnatos. Actualmente hipotetízase que a invasión de RAG1/2 é o evento evolutivo máis importante en canto a dar forma ao sistema inmunitario adaptativo dos gnatóstomos fronte ao sistema de receptores linfocíticos variables dos ágnatos.

Aínda non está claro cales son as forzas que levaron ao desenvolvemento dun sistema inmunitario mediado por RAG1/2 exclusivamente en vertebrados mandibulados e non en todas as especies de invertebrados que tamén adquiriron o transposón que contiña RAG1/2. Entre as hipóteses actuais está a que implica dous eventos de duplicación do xenoma completo en vertebrados,^[11] que proporcionarían o material xenético necesario para o desenvolvemento do sistema inmunitario adaptativo, así como o desenvolvemento do tecido endotelial, maior actividade metabólica e unha diminución da razón volume/peso corporal, todo o cal está máis especializado en vertebrados que en invertebrados e facilita as respostas inmunitarias adaptativas.^[12]

• Síndrome de Omenn
• Inmunodeficiencia combinada grave

• Janeway CA Jr.; et al. (2005). Immunobiology (6th ed.). Garland Science. ISBN 0-443-07310-4. 
• Abbas AK & Lichtman AH (2003). Cellular and Molecular Immunology (5th ed.). Saunders, Philadelphia. ISBN 0-7216-0008-5. 
• Sadofsky MJ (Aug 2004). "Recombination-activating gene proteins: more regulation, please". Immunological Reviews 200: 83–9. PMID 15242398. doi:10.1111/j.0105-2896.2004.00164.x. 
• De P, Rodgers KK (Aug 2004). "Putting the pieces together: identification and characterization of structural domains in the V(D)J recombination protein RAG1". Immunological Reviews 200: 70–82. PMID 15242397. doi:10.1111/j.0105-2896.2004.00154.x. 
• Kapitonov VV, Jurka J (Jun 2005). "RAG1 core and V(D)J recombination signal sequences were derived from Transib transposons". PLoS Biology 3 (6): e181. PMC 1131882. PMID 15898832. doi:10.1371/journal.pbio.0030181. 

• Travis, John (novembro de 1998). "The Accidental Immune System; Long ago, a wandering piece of DNA—perhaps from a microbe—created a key strategy" (PDF). Science News 154 (19): 302. JSTOR 4010948. doi:10.2307/4010948.  Unha explicación simple do xene activador da recombinación para o lector non especializado.