人體為對(duì)抗外部病原的侵襲，形成了免疫系統(tǒng)，其中以抗體為核心的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)是關(guān)鍵。抗體重排是人體免疫系統(tǒng)中最精妙的設(shè)計(jì)之一，它利用極少量的基因?qū)崿F(xiàn)了對(duì)近乎無(wú)限多樣性的病原物的特異性識(shí)別和防御，是生命從低等向高等演化的重要條件之一?？贵w重排依賴(lài)于重組激活酶RAG1/RAG2復(fù)合物對(duì)位于抗原受體基因簇的V，D，J基因片段進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而啟動(dòng)DNA切割和基因組的重組修復(fù)，最終產(chǎn)生高度多樣的抗原識(shí)別受體。關(guān)于抗體重排機(jī)制是如何起源及演化的，一直是免疫學(xué)家和演化生物學(xué)家共同關(guān)注的前沿問(wèn)題。中山大學(xué)徐安龍教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了一系列研究，在抗體重排機(jī)制的起源，RAG like蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，功能調(diào)控等多方面取得了重要進(jìn)展。

2016 年，徐安龍教授團(tuán)隊(duì)在古老物種文昌魚(yú)中發(fā)現(xiàn)了原始的RAG 轉(zhuǎn)座子ProtoRAG。研究表明ProtoRAG不僅具有經(jīng)典的DNA轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)，其還編碼了兩個(gè)相向轉(zhuǎn)錄的RAG1-like及RAG2-like蛋白。文昌魚(yú)RAG1L/RAG2L復(fù)合物具有介導(dǎo)ProtoRAG轉(zhuǎn)座及重組宿主基因組的功能，從而為諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者利根川進(jìn)提出的RAG介導(dǎo)的抗體基因重排機(jī)制起源于古老的轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)假說(shuō)提供了直接證據(jù)，該成果發(fā)表在《Cell》雜志（Cell 166, 1–13, 2016）。

圖1. ProtoRAG介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座與哺乳動(dòng)物RAG介導(dǎo)的抗體重排過(guò)程高度相似

2019 年，徐安龍教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合耶魯大學(xué)的David G. Schatz和Yong Xiong教授團(tuán)隊(duì)，揭示了ProtoRAG 轉(zhuǎn)座酶的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，從蛋白結(jié)構(gòu)層面推演了RAG轉(zhuǎn)座子被馴化為RAG 重組酶的機(jī)制，進(jìn)一步完善了抗體重排機(jī)制的轉(zhuǎn)座子起源理論，該成果以研究論文（Article)形式在《Nature》雜志上發(fā)表（Nature 569, 79–84, 2019）。

圖2. ProtoRAG核心結(jié)構(gòu)域與底物DNA結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)圖

發(fā)現(xiàn)ProtoRAG 轉(zhuǎn)座子后，一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題一直懸而未解。活躍的轉(zhuǎn)座子在宿主基因組中移動(dòng)跳躍，可影響基因組穩(wěn)定性，從而對(duì)宿主產(chǎn)生危害。已發(fā)現(xiàn)的高等脊椎動(dòng)物RAG系統(tǒng)基本都丟失了轉(zhuǎn)座子特征和體內(nèi)的轉(zhuǎn)座活性。那么，文昌魚(yú)基因組中的ProtoRAG是如何維持其轉(zhuǎn)座子特征，卻又不對(duì)宿主基因組產(chǎn)生嚴(yán)重危害呢？

在國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金，山東省海洋學(xué)科專(zhuān)項(xiàng)基金等基金項(xiàng)目的資助下，徐教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了文昌魚(yú)的YY1因子可抑制ProtoRAG 的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)座活性，并有利于ProtoRAG更精準(zhǔn)地靶向和重組宿主DNA。該研究為ProtoRAG 轉(zhuǎn)座子活性的維持及宿主基因組穩(wěn)定性之間的平衡策略提供了獨(dú)到的見(jiàn)解，進(jìn)一步完善了RAG 轉(zhuǎn)座子的演化理論。2020年9月9日，該成果以題為“Functional regulation of an ancestral RAG transposon ProtoRAG by a trans-acting factor YY1 in lancelet”的研究論文（Article）形式在國(guó)際知名期刊《Nature Communications》上發(fā)表。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉松博士和元少春教授為該論文的共同第一作者，徐安龍教授和元少春教授為該論文的共同通訊作者。

圖3. 文昌魚(yú)BbYY1 調(diào)控ProtoRAG的 示意圖

在2020年2月，徐安龍教授團(tuán)隊(duì)還在ProtoRAG和其配體DNA的功能演化方面取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)在《National Science Review》雜志上發(fā)表了題為“Functional requirement of terminal inverted repeats for efficient ProtoRAG activity reveals the early evolution of V(D)J recombination”的研究論文，從轉(zhuǎn)座子末端重復(fù)序列（TIR）的角度，揭示了非對(duì)稱(chēng)TIR序列在RAG轉(zhuǎn)座酶介導(dǎo)的重組過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。ProtoRAG識(shí)別非對(duì)稱(chēng)TIR序列對(duì)其結(jié)構(gòu)及功能的維持具有重要意義。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陶鑫博士和元少春教授為該論文的共同第一作者，徐安龍教授和元少春教授為該論文的共同通訊作者。

圖4.ProtoRAG的高效重組活性依賴(lài)其對(duì)非對(duì)稱(chēng)TIR序列的識(shí)別

通過(guò)在無(wú)脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了免疫學(xué)界尋找多年的ProtoRAG轉(zhuǎn)座子，并系統(tǒng)研究了該轉(zhuǎn)座子的功能，結(jié)構(gòu)及調(diào)控，徐安龍教授團(tuán)隊(duì)不僅證實(shí)了“抗體重排機(jī)制起源于原始的RAG轉(zhuǎn)座子”的假說(shuō)，還初步揭示了該轉(zhuǎn)座子在進(jìn)化過(guò)程中被馴化為宿主基因的機(jī)制。未來(lái)通過(guò)開(kāi)展更全面的比較免疫學(xué)研究，徐教授團(tuán)隊(duì)有望進(jìn)一步揭開(kāi)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)起源的神秘面紗，并為新型抗體和疫苗的制備提供新的工具！

Nature Communications全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18261-7

National Science Review全文鏈接：https://academic.oup.com/nsr/article/7/2/403/5624984