特约综述 了免疫系统一个大难题:如何利用有限的DNA序列些回文末端叫,但是这些粘性末端往往不能相互匹 来产生如此多样的受体,以特异性地应对这些抗原配。因此,体内的DNA修复机制会随机地加入或删 呢?经过亿万年的进化,哺乳动物的适应性免疫系除一些碱基来配对两个粘性末端,这使得Tc基因呈 统获得了基因重排的能力,从而得以解决这个问题。现出更大的多样性。 TCR基因的(D重排主要由淋巴细胞特异的重组 条染色体上 Tcrb的成功重排可以抑制同源 酶RAG(包括RAG1和RAG2)及广泛表达的DNA修染色体上另一个rb的重排,这一现象称为等位排 复蛋白来介导完成,该过程对T淋巴细胞的正常发育 (allelic exclusion)。lerb的等位排斥仅仅针对 成熟起着十分重要的作用。 于V-DJ的重排过程,这可能是由于D片段与片段相 T细胞是由造血干细胞在胸腺中发育成熟的,距较近使得其重排反应发生较快,而V片段同DJ片 成熟后的T细胞表达 aFTER或6TCR。整个发育的段相距十分远,容易调控其重排。至今,等位排斥 过程分为DN期(CD4CD8双阴性)、DP期(CD4CD8的具体调控机制仍研究得不是很清楚,但也取得了 双阳性)以及SP期(CD4CD8单阳性)。其中DN期又 定的成果。在DN期,Trb高频率地同核纤层及异 分为DN1、DN2、DN3以及DN4,代表发育的不同染色质相互作用而抑制重排反应1,这可能使得 阶段。在DN3期,Tera、Trg和Trb便在初始表达的两个erb同时发生重排几乎不可能实现。而当第 重组酶作用下进行重排。T细胞开始分化成或y6个Terb重排完成后,其产生的 pre-TCR信号可以下调 细胞。以下,我们将着重介绍产生aBT细胞的 Tcra RAG的表达并促使细胞进行分化从而进入DP期9。 和Tcrb的v(D)J重排过程。 在DN期,RAG的下调可以阻止第二个Tcb的重排 在DN2期首先进行的是β链的(DJ重排,整个而进入DP期后,细胞必须上调RAG来实现Tera的重 链的重排过程需要增强子E的激活。激活的E可排,这时crb基因两端的分离则可能起着等位排斥 以同D区的启动子PD特异性地相互作用1,该相互的作用。近年来,研究人员还发现一些转录因子 作用可招募SW-SNF染色质重组复合物从而促进重如E2A和Ets-1可以调节Eβ的活性,并可能调节等位 排反应的进行。重排反应的进行可以分成特异性排斥反应P2。需要指出的是,尽管细胞内存在着 断裂和非特异性连接两个步骤40 等位排斥作用,依然有些T细胞可以逃避这一过程, 首先,RAG蛋白将特异性地识别重组信号序列从而产生两种不同的TCR22。 (RSS)并引起DNA双链断裂。这种RSS含有一个7bp 了解了β链的重排反应及其调控,便不难理解α 的回文序列、一个9bp富含A碱基的序列以及中间链的重排过程了。然而由于编码a链和δ链的基因在 非保守的12bp或23bp的间隔序列,而只有带不同长同一个染色体上,并且二者序列部分共用并相互穿 度间隔序列的RSS才能促进重排反应的产生(1223插,因此其调控机制更加复杂,有待更多的研究来解 准则)在这个准则下,β链内可以发生三种重排反应:释。与β链重排一样,α链的重排也需要特定增强子 3DB23RSS和JB12RSS介导的重排反应、V23RSS和E的激活。在DN期主要进行的是E激活所介导的δ 5Dβ12RSS介导的重排反应以及Ⅴβ23RSS和Jβ12-链的重排。而进入DP期后,pre-TCR信号等将促使 RSS介导的重排反应。然而事实上,第三种反应在E激活并促进a链的重排反应时。E的激活可能可 体内是不发生的(B12/23),这是由RSS序列及侧翼以使其特异性同TEA及J049启动子相互作用而激活 序列所决定的。如果用3Dβ23RSS替换Vβ23RSs,这两个启动子。TEA的激活可以使得J区染色质重 或用5Dβ12RSS替换邛β12RSs,V重排将可能直接发构,组蛋白被甲基化,这最终将招募重组酶介导第 生2。此外,AP1等转录因子可以招募RAG蛋白次的v重排P。与β链不同,a链还会进行多次的 至3DB23RSS,这种招募可能促使DJ重排优先发生V重排。TEA及Ja49介导的第一次V重排会使得这 于VD重排1 两个启动子被切除,但同时会把Va启动子引入到J 最后,非同源DNA末端连接蛋白( nonhomolo区的5'端从而介导第二次VJ重排。同样第二次的 gous DNA end- Joining proteins,NHE)可以非特异性重排会引起新的va启动子进入区的5而介导下 连接两个DNA片段来实现DNA最终重排。RAG作次的重排。a链同β链的另一个不同在于,a链的重排 用形成的编码端会被 Artemis等蛋白作用而产生一没有等位排斥现象,因此一个T细胞可以进行多轮重956 · 特约综述 · 了免疫系统一个大难题: 如何利用有限的DNA序列 来产生如此多样的受体, 以特异性地应对这些抗原 呢？经过亿万年的进化, 哺乳动物的适应性免疫系 统获得了基因重排的能力, 从而得以解决这个问题。 TCR基因的V(D)J重排主要由淋巴细胞特异的重组 酶RAG (包括RAG1和RAG2)及广泛表达的DNA修 复蛋白来介导完成, 该过程对T淋巴细胞的正常发育 成熟起着十分重要的作用[4]。 T细胞是由造血干细胞在胸腺中发育成熟的, 成熟后的T细胞表达αβTCR或γδTCR。整个发育的 过程分为DN期(CD4/CD8双阴性)、DP期(CD4/CD8 双阳性)以及SP期(CD4/CD8单阳性)。其中DN期又 分为DN1、DN2、DN3以及DN4, 代表发育的不同 阶段。在DN3期, Tcrd、Tcrg和Tcrb便在初始表达的 重组酶作用下进行重排。T细胞开始分化成αβ或γδ 细胞[5]。以下, 我们将着重介绍产生αβT细胞的Tcra 和Tcrb的V(D)J重排过程。 在DN2期首先进行的是β链的V(D)J重排, 整个 β链的重排过程需要增强子Eβ的激活[6]。激活的Eβ可 以同D区的启动子PD特异性地相互作用[7-8], 该相互 作用可招募SWI-SNF染色质重组复合物从而促进重 排反应的进行[9]。重排反应的进行可以分成特异性 断裂和非特异性连接两个步骤[4,10]。 首先, RAG蛋白将特异性地识别重组信号序列 (RSS)并引起DNA双链断裂。这种RSS含有一个7 bp 的回文序列、一个9 bp富含AT碱基的序列以及中间 非保守的12 bp或23 bp的间隔序列, 而只有带不同长 度间隔序列的RSS才能促进重排反应的产生(12/23 准则)。在这个准则下, β链内可以发生三种重排反应: 3’Dβ23RSS和Jβ12RSS介导的重排反应、Vβ23RSS和 5’Dβ12RSS介导的重排反应以及Vβ23RSS和Jβ12- RSS介导的重排反应。然而事实上, 第三种反应在 体内是不发生的(B12/23)[11], 这是由RSS序列及侧翼 序列所决定的。如果用3’Dβ23RSS替换Vβ23RSS, 或用5’Dβ12RSS替换Jβ12RSS, VJ重排将可能直接发 生[11-12]。此外, AP-1等转录因子可以招募RAG蛋白 至3’Dβ23RSS, 这种招募可能促使DJ重排优先发生 于VD重排[13]。 最后, 非同源DNA末端连接蛋白(nonhomolo￾gous DNA end-joining proteins, NHEJ)可以非特异性 连接两个DNA片段来实现DNA最终重排。RAG作 用形成的编码端会被Artemis等蛋白作用而产生一 些回文末端[14], 但是这些粘性末端往往不能相互匹 配。因此, 体内的DNA修复机制会随机地加入或删 除一些碱基来配对两个粘性末端, 这使得Tcr基因呈 现出更大的多样性[15]。 一条染色体上Tcrb的成功重排可以抑制同源 染色体上另一个Tcrb的重排, 这一现象称为等位排 斥(allelic exclusion)[16]。Tcrb的等位排斥仅仅针对 于V-DJ的重排过程, 这可能是由于D片段与J片段相 距较近使得其重排反应发生较快, 而V片段同DJ片 段相距十分远, 容易调控其重排。至今, 等位排斥 的具体调控机制仍研究得不是很清楚, 但也取得了 一定的成果。在DN期, Tcrb高频率地同核纤层及异 染色质相互作用而抑制重排反应[17-18], 这可能使得 两个Tcrb同时发生重排几乎不可能实现。而当第一 个Tcrb重排完成后, 其产生的pre-TCR信号可以下调 RAG的表达并促使细胞进行分化从而进入DP期[19]。 在DN期, RAG的下调可以阻止第二个Tcrb的重排。 而进入DP期后, 细胞必须上调RAG来实现Tcra的重 排, 这时Tcrb基因两端的分离则可能起着等位排斥 的作用[17]。近年来, 研究人员还发现一些转录因子 如E2A和Ets-1可以调节Eβ的活性, 并可能调节等位 排斥反应[20-21]。需要指出的是, 尽管细胞内存在着 等位排斥作用, 依然有些T细胞可以逃避这一过程, 从而产生两种不同的TCR[22]。 了解了β链的重排反应及其调控, 便不难理解α 链的重排过程了。然而由于编码α链和δ链的基因在 同一个染色体上, 并且二者序列部分共用并相互穿 插, 因此其调控机制更加复杂, 有待更多的研究来解 释。与β链重排一样, α链的重排也需要特定增强子 Eα的激活。在DN期主要进行的是Eδ激活所介导的δ 链的重排。而进入DP期后, pre-TCR信号等将促使 Eα激活并促进α链的重排反应[23]。Eα的激活可能可 以使其特异性同TEA及Jα49启动子相互作用而激活 这两个启动子。TEA的激活可以使得Jα区染色质重 构, 组蛋白被甲基化, 这最终将招募重组酶介导第一 次的VJ重排[24-27]。与β链不同, α链还会进行多次的 VJ重排。TEA及Jα49介导的第一次VJ重排会使得这 两个启动子被切除, 但同时会把Vα启动子引入到J 区的5’端从而介导第二次VJ重排[28]。同样第二次的 重排会引起新的Vα启动子进入J区的5’而介导下一 次的重排。α链同β链的另一个不同在于, α链的重排 没有等位排斥现象, 因此一个T细胞可以进行多轮重