جين تنشيط إعادة التركيب

تشفر جينات تنشيط إعادة التركيب ( RAGs) أجزاءً من مركب بروتيني يؤدي أدوارًا مهمة في إعادة ترتيب وإعادة تركيب الجينات التي تشفر جزيئات الغلوبولين المناعي ومستقبلات الخلايا التائية . يوجد جينان لتنشيط إعادة التركيب، هما RAG1 و RAG2 ، ويقتصر التعبير الخلوي عنهما على الخلايا اللمفاوية خلال مراحل نموها. تُعد الإنزيمات التي تشفرها هذه الجينات، RAG-1 وRAG-2، ضرورية لتكوين الخلايا البائية والخلايا التائية الناضجة ، وهما نوعان من الخلايا اللمفاوية التي تُشكل مكونات أساسية للجهاز المناعي التكيفي . ^{[ 1 ]}

في الجهاز المناعي للفقاريات ، يُصمَّم كل جسم مضاد خصيصًا لمهاجمة مستضد معين (بروتينات وكربوهيدرات غريبة) دون مهاجمة الجسم نفسه. على الرغم من وجود جينين فقط في الجينوم البشري يُشفِّران المنطقة المتغيرة للأجسام المضادة، فإن الخلايا البائية قادرة على إنتاج ملايين الأجسام المضادة المختلفة، مما يسمح للجهاز المناعي بالاستجابة لملايين المستضدات المختلفة. يُنتج الجهاز المناعي هذا التنوع من الأجسام المضادة عن طريق إعادة ترتيب وقص وإعادة تركيب بضع مئات من الجينات (جينات VDJ) لإنشاء ملايين التباديل، في عملية تُسمى إعادة تركيب V(D)J . ^{[ 1 ]} يُعدّ كل من RAG-1 وRAG-2 بروتينين موجودين في نهايات جينات VDJ، حيث يقومان بفصل وإعادة ترتيب وإعادة ربط هذه الجينات. تحدث عملية إعادة الترتيب هذه داخل الخلايا البائية والتائية أثناء نضجها.

تعمل إنزيمات RAG كمركب متعدد الوحدات الفرعية لتحفيز انقسام جزيء واحد من الحمض النووي المزدوج (dsDNA) بين الجزء المشفر لمستقبل المستضد وتسلسل إشارة إعادة التركيب (RSS) المجاور. ويتم ذلك على مرحلتين. في المرحلة الأولى، تُحدث هذه الإنزيمات قطعًا في الطرف 5' (الطرف العلوي) من تسلسل RSS السباعي (منطقة محفوظة مكونة من 7 نيوكليوتيدات) المجاور للجزء المشفر، تاركةً وراءها بنية كيميائية حيوية محددة على هذه المنطقة من الحمض النووي: مجموعة هيدروكسيل (OH) في الطرف المشفر ومجموعة فوسفات (PO₄ ₎ في الطرف RSS. في المرحلة التالية، تربط هذه المجموعات الكيميائية، حيث ترتبط مجموعة الهيدروكسيل (في الطرف المشفر) بمجموعة الفوسفات ₍ الواقعة بين تسلسل RSS وجزء الجين على الشريط المقابل). ينتج عن ذلك كسر مزدوج السلسلة مُفسفر عند الطرف 5' في موقع بدء النسخ (RSS)، وتكوين حلقة شعرية مغلقة تساهميًا عند الطرف المشفر. تبقى بروتينات RAG عند هذه الوصلات حتى تقوم إنزيمات أخرى (وخاصةً TdT ) بإصلاح كسور الحمض النووي.

تبدأ بروتينات RAG عملية إعادة تركيب V(D)J، وهي عملية ضرورية لنضوج الخلايا البائية الأولية والخلايا التائية الأولية. كما تمتلك الخلايا البائية الناضجة المنشطة ظاهرتين أخريين ملحوظتين، مستقلتين عن بروتينات RAG، تتمثلان في التلاعب بحمضها النووي: ما يُعرف بإعادة تركيب تبديل الفئة (أو تبديل النمط المصلي) والطفرة الجسدية المفرطة (أو نضج الألفة). ^{[ 2 ]} وقد أشارت الدراسات الحديثة إلى أن RAG-1 وRAG-2 يجب أن يعملا بشكل تآزري لتنشيط إعادة تركيب VDJ . وقد تبين أن RAG-1 يحفز نشاط إعادة تركيب جينات VDJ بشكل غير فعال عند عزله ونقله إلى عينات من الخلايا الليفية. وعندما تم نقل RAG-1 مع RAG-2، زاد معدل إعادة التركيب بمقدار 1000 ضعف. ^{[ 3 ]} وقد عزز هذا الاكتشاف النظرية المنقحة حديثًا التي مفادها أن جينات RAG قد لا تساعد فقط في إعادة تركيب VDJ، بل تحفز بشكل مباشر عمليات إعادة تركيب جينات VDJ.

كما هو الحال مع العديد من الإنزيمات، فإن بروتينات RAG كبيرة الحجم نسبيًا. على سبيل المثال، يحتوي بروتين RAG-1 في الفئران على 1040 حمضًا أمينيًا ، بينما يحتوي بروتين RAG-2 في الفئران على 527 حمضًا أمينيًا. يتركز النشاط الإنزيمي لبروتينات RAG بشكل كبير في منطقة مركزية؛ حيث تحتفظ الأحماض الأمينية من 384 إلى 1008 في بروتين RAG-1، ومن 1 إلى 387 في بروتين RAG-2، بمعظم نشاط قطع الحمض النووي. تحتوي المنطقة المركزية لبروتين RAG-1 على ثلاثة أحماض أمينية حمضية (D600 _و D708 _و E962 ₎ فيما يُعرف بنمط DDE ، وهو الموقع النشط الرئيسي لقطع الحمض النووي. تُعد هذه الأحماض الأمينية ضرورية لعمل شق في سلسلة الحمض النووي وتكوين بنية الحلقة الدبوسية. تتألف البقايا من 384 إلى 454 من بروتين RAG-1 من منطقة ارتباط تساعية (NBR) ترتبط تحديدًا بالتسعة نيوكليوتيدات المحفوظة (9 نيوكليوتيدات ) في تسلسل RSS، بينما يرتبط النطاق المركزي (الأحماض الأمينية من 528 إلى 760) من RAG-1 تحديدًا بسباعي RSS. ويُتوقع أن تُشكل المنطقة الأساسية من RAG-2 بنيةً حلزونيةً سداسية الشفرات من نوع بيتا ، تبدو أقل تخصصًا من RAG-1 في الارتباط بهدفها.

تكشف بنى معقدات RAG المشبكية، التي تم فحصها بالمجهر الإلكتروني فائق البرودة، عن بنية ثنائية مغلقة مع توليد تفاعلات جزيئية جديدة بين مونومرين RAG1-RAG2 عند ارتباطهما بالحمض النووي، مقارنةً بمعقد Apo-RAG الذي يتخذ بنية مفتوحة. ^{[ 4 ]} يشارك كلا جزيئي RAG1 في البنية الثنائية المغلقة في الارتباط التعاوني للوسيطين 12-RSS و23-RSS بتفاعلات نوعية للقواعد في الجزء السباعي من الطرف الإشاري. تنقلب القاعدة الأولى من الجزء السباعي في الطرف الإشاري للخارج لتجنب التداخل في المركز النشط. يتم تثبيت كل طرف ترميز للوسيط nicked-RSS حصريًا بواسطة مونومر واحد من RAG1-RAG2 بتفاعلات غير نوعية بين البروتين والحمض النووي. يكون طرف الترميز مشوهًا للغاية مع انقلاب قاعدة واحدة للخارج من جزيء الحمض النووي المزدوج في المركز النشط، مما يسهل تكوين بنية الحلقة الدبوسية من خلال آلية تحفيزية محتملة لأيونين معدنيين. تتميز المركبات الوسيطة 12-RSS و23-RSS بانحناء شديد وارتباط غير متناظر بمركب RAG المشبكي، حيث يميل ثنائي نطاق ارتباط التساعي نحو التساعي في 12-RSS بعيدًا عن التساعي في 23-RSS، مما يؤكد قاعدة 12/23. يرتبط جزيئان من HMGB1 بكل جانب من 12-RSS و23-RSS لتثبيت مركبات RSS المنحنية بشدة. توضح هذه البنى الآليات الجزيئية للتعرف على الحمض النووي، والتحفيز، والتشابك الفريد الذي تقوم عليه قاعدة 12/23، وتقدم رؤى جديدة حول الأمراض البشرية المرتبطة بـ RAG، وتمثل مجموعة شاملة من المركبات في المسارات التحفيزية لأي من عائلة DDE من إنزيمات إعادة التركيب، أو النقل، أو الإدماج.

استنادًا إلى تشابه التسلسل الأساسي، يُعتقد أن RAG1 قد تطور من ترانسبوزاز من عائلة Transib الفائقة. ^{[ 5 ]} لا يحتوي أي من أفراد عائلة Transib على تسلسل طرفي N موجود في RAG1، مما يشير إلى أن الطرف N لـ RAG1 جاء من عنصر منفصل. وقد وُجدت المنطقة الطرفية N لـ RAG1 في العنصر القابل للنقل N-RAG-TP في رخويات البحر، Aplysia californica ، والذي يحتوي على الطرف N الكامل لـ RAG1. ^{[ 6 ]} من المرجح أن بنية RAG1 الكاملة قد اشتُقت من إعادة التركيب بين Transib والترانسبوزون N-RAG-TP . ^{[ 7 ]}

تم تحديد ترانسبوزون يحتوي على جين RAG2 مرتبًا بجوار جين RAG1 في قنفذ البحر الأرجواني. ^{[ 8 ]} كما تم اكتشاف ترانسبوزونات Transib النشطة التي تحتوي على كل من RAG1 وRAG2 ("ProtoRAG") في كل من B. belcheri (الرميح الصيني) و Psectrotarsia flava (العثة). ^{[ 9 ] [ 10 ]} تتميز التكرارات المقلوبة الطرفية (TIR) ​​في ProtoRAG الخاص بالرميح ببنية سباعية-فاصلة-تساعية مشابهة لتلك الموجودة في RSS، لكن ProtoRAG الخاص بالعثة يفتقر إلى التساعي. تختلف مناطق ارتباط التساعي وتسلسلات التساعي في ProtoRAG الخاص بالرميح عن تلك الموجودة في الحيوانات اختلافًا كافيًا بحيث لا يمكن التعرف على بعضها البعض. ^{[ 9 ]} تم تحديد بنية ProtoRAG الخاص بالرميح ( PDB : 6b40 ) ، مما يوفر بعض الفهم للتغيرات التي أدت إلى استئناس جينات RAG. ^{[ 11 ]}

على الرغم من أن أصول هذه الجينات من خلال العناصر المتحركة راسخة، إلا أنه لا يوجد إجماع حتى الآن حول وقت ظهور موقع RAG1/2 السلفي في جينوم الفقاريات. ولأن اللافكيات (فئة من الأسماك عديمة الفك) تفتقر إلى عنصر RAG1 الأساسي، فقد كان يُفترض تقليديًا أن RAG1 قد دخل بعد انفصال اللافكيات عن الفكيات قبل 1001 إلى 590 مليون سنة. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، فقد تم تحديد التسلسل الأساسي لـ RAG1 في شوكيات الجلد Strongylocentrotus purpuratus (قنفذ البحر الأرجواني)، ^{[ 13 ]} وفي الرميح Branchiostoma floridae (رمح فلوريدا). ^{[ 14 ]} تم تحديد تسلسلات ذات تشابه مع RAG1 في Lytechinus veriegatus (قنفذ البحر الأخضر)، و Patiria minata (نجم البحر)، ^{[ 8 ]} والرخويات Aplysia californica، ^{[ 15 ]} والأوليات الفمية بما في ذلك المحار، وبلح البحر، والديدان الشريطية، واللاسعات غير ثنائية التناظر . [ ^{16 ] تشير} هذه النتائج إلى أن عنصر النقل Transib قد غزا عدة مرات أنواعًا من اللافقاريات، وغزا جينوم الفقاريات الفكية السلفية منذ حوالي 500 مليون سنة. ^{[ 8 ]} يُفترض أن غياب الجينات الشبيهة بـ RAG في الفقاريات عديمة الفك وذيلية الحبليات ^{[ 16 ]} يعود إلى النقل الجيني الأفقي أو فقدان الجينات في بعض المجموعات التطورية نتيجةً للانتقال الرأسي التقليدي. ^{[ 13 ]} أظهرت تحليلات حديثة أن تطور جينات RAG تدريجي وموجه، مما يشير إلى مسار تطوري يعتمد على الانتقال الرأسي. ^{[ 16 ]} تفترض هذه الفرضية أن زوج الجينات RAG1/2 ربما كان موجودًا بشكله الحالي في معظم سلالات الحيوانات متعددة الخلايا، ثم فُقد في سلالات الفقاريات عديمة الفك وذيول الحبليات. ^{[ 7 ]} لا يوجد دليل على أن نظام إعادة التركيب V(D)J قد نشأ قبل سلالة الفقاريات. ^{[ 7 ]} يُفترض حاليًا أن غزو جينات RAG1/2 هو أهم حدث تطوري من حيث تشكيل الجهاز المناعي التكيفي للفقاريات الفكية مقابل نظام مستقبلات الخلايا اللمفاوية المتغيرة في اللافكيات .

لا يزال من غير الواضح ما هي العوامل التي أدت إلى تطور جهاز مناعي بوساطة RAG1/2 حصريًا في الفقاريات الفكية دون غيرها من أنواع اللافقاريات التي اكتسبت أيضًا عنصر النقل RAG1/2. تشمل الفرضيات الحالية حدثي تضاعف كامل للجينوم في الفقاريات، ^{[ 17 ]} مما يوفر المادة الوراثية اللازمة لتطور الجهاز المناعي التكيفي، بالإضافة إلى تطور النسيج البطاني، وزيادة النشاط الأيضي، وانخفاض نسبة حجم الدم إلى وزن الجسم، وكلها عوامل أكثر تخصصًا في الفقاريات منها في اللافقاريات، وتسهل الاستجابات المناعية التكيفية. ^{[ 18 ]}

• متلازمة أومن
• نقص المناعة المشترك الشديد

• ترافيس ج (نوفمبر 1998). "الجهاز المناعي العرضي: منذ زمن بعيد، شكّلت قطعة من الحمض النووي المتجول - ربما من ميكروب - استراتيجية أساسية" (ملف PDF) . مجلة ساينس نيوز . 154 (19): 302-303 . doi : 10.2307/4010948 . JSTOR 4010948 .  شرح مبسط لجين تنشيط إعادة التركيب للقارئ العادي.