Rag1、Rag2基因是什么？
今天我们要讲的主角是淋巴细胞V(D)J重排缺一不可的基因——Rag1、Rag2。
Rag1、Rag2简介
我们知道，B细胞产生的免疫球蛋白（Ig）—— B细胞表面受体（B cell receptor, BCR）和抗体，以及T细胞上的T细胞表面受体（T cell receptor, TCR）都具有特异性：一种Ig或TCR蛋白只能特异性地识别一种抗原。但总体上，这些蛋白具有庞大的多样性，而这个多样性是依靠V(D)J重排（recombination）达成的。V(D)J重排是脊椎动物早期T细胞和B细胞发育成熟过程中的体细胞重组机制，通过对可变区（variable，V）、多样区（diversity，D）和连接区（joining，J）基因的重新组合，产生识别不同抗原的多样化Ig和TCR。而重组激活基因（recombination-activating genes，RAGs)：Rag1和Rag2，分别编码了Rag1和Rag2重组酶（recombinases）。Rag1和Rag2限制性表达在发育中的淋巴细胞中，是适应性免疫系统的重要组成部分。
12/23规则
Ig和TCR的胚系基因（germ line gene）中的V、D、J区域的两端都存在重排信号序列（recombination signal sequence，RSS）。结构上来看，RSS的一端有一个7bp的序列（heptamer），另一端则是一个9bp的序列（nonamer），两者间夹着一个12bp或者23bp的spacer序列，因此RSS可以分为两种：含12bp spacer的12-RSS，以及含23bp spacer的23-RSS（图1a）。12/23规则是指：在V（D）J重排时，12-RSS只能和23-RSS结合，从而保证基因片段的正确连接。举个例子，在Ig重链（IgH）的胚系基因中，VH和 JH基因的两侧都是23-RRS，而 DH基因的两侧是12-RSS，因此12/23规则可以防止VH和 JH基因的直接连接，确保DH基因也参与到重排中（图1b）。此外，从分子水平上看，12-RSS和23-RSS结合也能形成更稳定的突触复合物（synapsis）。
在V(D)J重排过程中，首先，Rag1/2复合物在高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1，HMGB1)的帮助下（辅助DNA结合），识别并结合12-RSS或23-RSS，在RSS的heptamer和编码端的交界处精准地引入一个单链切口。切口使编码端的末端产生一个游离的 3'-OH 基团，这个基团随后攻击反向平行链中的磷酸二酯键，形成发夹结构（hairpin）以及一个钝性的信号端。信号端保持与RAG1/2复合物的结合，构成一个“post-cleavage complex”的暂时性结构。随后，编码端和信号端均经过非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ)通路进行加工与连接，形成编码区连接（coding joint）和环化的信号区连接（signal joint）（图1c）。
图1. V(D)J重排[1]
(a) RSS结构：12-RSS与23-RSS：7bp的heptamer和9bp的nonamer之间分别夹着12bp的spacer或23bp的spacer。
(b) RSS 在人IgH、IgK、IgL、以及TCR α链、β链、γ链和δ链基因上的分布。
(c) V(D)J重排机制。
Rag1、Rag2的区别
那Rag1和Rag2有什么功能上的区别呢？Dr. Akamatsu的实验显示，在RSS和非特异性DNA序列存在的情况下，Rag1与RSS的结合仅比与非特异性DNA序列高3~5倍。而Rag2方面，实验观测不到其与DNA的结合；但当Rag1和Rag2同时存在的时候，它们能与DNA形成Rag1-Rag2-DNA复合物，这个复合物比 Rag1-DNA 复合物更稳定、更具有特异性，并且在 V(D)J 重组中具有切割活性。这些结果说明在V(D)J重排中，Rag2可能起到辅助Rag1与DNA识别的作用，有效结合与识别RSS需要Rag1和Rag2的同时存在[2]。
小结
Rag1和Rag2重组酶都是T、B细胞发育成熟和产生免疫球蛋白的关键蛋白。在V(D)J重排中，Rag1/2复合物参与了对RSS的识别与剪切。因此，与携带PrkdcSCID基因突变的小鼠相比，Rag1和Rag2敲除的小鼠由于其V(D)J重排通路从源头受阻，因此，小鼠缺乏功能性T、B淋巴细胞，也不会发生免疫泄露（“leakiness”），即小鼠体内产生少量的有功能的T、B细胞和免疫球蛋白。不同遗传背景的SCID小鼠中免疫泄露的发生率不同：一般来说，SCID小鼠在C57BL/6J 和BALB/c 背景上的泄漏率高；在C3H背景上较低；而在NOD背景上极低。但目前，产生免疫泄露的分子机制仍不明确。