適應(yīng)性免疫系統(tǒng)抗原受體祖先基因的發(fā)現(xiàn)與研究

由B 細胞介導(dǎo)的體液免疫和T 細胞介導(dǎo)的細胞免疫為動物抵抗病毒和細菌等病原微生物的感染提供了重要的適應(yīng)性免疫防線。同時，適應(yīng)性免疫又是動物疫苗研制的原理所在。依賴RAG 重組酶的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)為有頜類脊椎動物所獨有，其起源可追溯至大約5 億年前：轉(zhuǎn)座子侵入非重排型免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin superfamily，IgSF)基因，經(jīng)過基因組復(fù)制和演化，形成了今天的B 細胞受體 BCR (B cell receptor)和 T 細胞受體(TCR)基因座。目前關(guān)于BCR/TCR 祖先基因的了解較少，而尋找新的祖先基因不僅能夠拓寬關(guān)于免疫相關(guān)基因家族的認識，還能根據(jù)其響應(yīng)免疫刺激的分子機制為動物疫病防治提供新的思路。

近期發(fā)表于 《 Journal of Immunology》的一項研究報道了一個廣泛存在于有頜類脊椎動物類群中的非重排型IgSF 基因家族，指出該家族可能是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)抗原受體的祖先基因，并將之命名為PRARP 基因家族。文章通信作者為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院的趙要風(fēng)教授。PRARP1 和 PRARP2 最初分別以單拷貝的形式被發(fā)現(xiàn)于雞的25 號染色體中。兩個基因轉(zhuǎn)錄方向相反，間隔只有 1.9 kb。編碼PRARP 可變區(qū)的第2 外顯子均為VJ 胚系重組型，即V、J 基因片段在基因組中已是融合狀態(tài)，這與經(jīng)典BCR/TCR 可變區(qū)各基因片段分散地排列在基因組中截然不同。對PRARP 可變區(qū)進行結(jié)構(gòu)同源建模顯示，其與 TCR 可變區(qū)有著相同的“ 5+4”β股結(jié)構(gòu)。通過對PRARP 所編碼蛋白進行結(jié)構(gòu)分析顯示，PRARP 包含一段疏水性較強的跨膜區(qū)，胞質(zhì)區(qū)含有免疫受體酪氨酸抑制基序(ITIM)或免疫受體酪氨酸轉(zhuǎn)換基序(ITSM)，表明其很有可能執(zhí)行免疫調(diào)節(jié)功能。對來自 8 個品種的 80 只雞的 PRARPPCR 擴增并測序分析, 顯示有兩個基因的IgV 序列較為保守, 基因多態(tài)性低。利用熒光定量PCR 和流式細胞分選技術(shù)顯示PRARP 在B 細胞和T 細胞中均有表達，兼具 BCR 和 TCR 的表達特點。利用病原體相關(guān)分子模式和滅活的細菌/ 病毒疫苗分別進行體內(nèi)和體外攻毒試驗，顯示PRARP 對于外來抗原物質(zhì)的刺激均能夠發(fā)生免疫響應(yīng)。

為了進一步探究PRARP 的蛋白組織形式，作者利用DT40 細胞構(gòu)建了三種過表達細胞系，并通過免疫沉淀(IP)、western blot 以及免疫熒光實驗證明了PRARP 可以以單體、同源二聚體和異源二聚體的形式表達于細胞膜中。Co-IP 試驗進一步證明了PRARP 的胞內(nèi)抑制基序均能夠與抑制性蛋白磷酸酶SHP-1 和 SHP-2 互作。

對PRARP 基因在包括硬骨魚、兩棲類、爬行類等脊椎動物中的詳細研究顯示該基因經(jīng)歷了“ Birth-and-Death”的進化模式，至哺乳類動物中完全消失。有趣的是，在另一重要經(jīng)濟禽類北京鴨中，PRARP 呈9 個拷貝存在。鴨是禽流感病毒的天然宿主，攜毒卻不表現(xiàn)出癥狀。除了RIG-I 等天然免疫基因在抗病毒中起到了關(guān)鍵作用，與雞相比，鴨中更多數(shù)目的適應(yīng)性免疫基因或許也能夠為我們了解其抗毒機制提供一些線索。

本研究發(fā)掘出適應(yīng)性免疫抗原受體祖先基因家族PRARP。未來對于其潛在天然配體的篩選及生物學(xué)功能的闡明，將有助于我們對免疫調(diào)節(jié)受體平衡機體中免疫效應(yīng)信號分子機制的認識，對動物疫病防治及疫苗開發(fā)提供重要的線索。