凡纳滨对虾重组激活基因RAGs的结构与功能研究

Recombination-activating genes (RAGs) mediated V(D)J recombination provides an essential material foundation for the specific recognition to pathogens and immunological memory of their adaptive immune system in vertebrates. The origin and evolution of RAGs have been always a hot research topic for adaptive immunity. Along with the identification of RAGs homologues in animals at lower evolutionary position (such as cephalochordate and insects), more and more evidence support the hypothesis that RAGs originate from a transposable element. However, some key issues including the function of RAGs in invertebrate and the origin of RAG2 are still not clear. In our previous study, we identified the RAGs-like genes in the transcriptome of Litopenaeus vannamei (LvRAG1-like and LvRAG2-like). They shared high sequence similarity with RAGs homologues in lancelet and showed co-expression pattern which is similar to that of RAGs in vertebrates. The present study will reveal the gene structure of LvRAGs-like. The active characteristics of LvRAG1-like and LvRAG2-like protein will be clarified, and their biological functions in shrimp will be studied. The data will not only provide new evidence for the origin and evolution of RAGs, but also enrich our knowledge on the immune system in invertebrates.

脊椎动物重组激活基因RAGs介导的V(D)J基因重排为其适应性免疫系统对病原的特异性识别和免疫记忆提供了重要物质基础。RAGs的起源和进化一直是适应性免疫研究的热点。随着RAGs同源基因在进化地位更低等动物（头索动物和昆虫）中被发现，RAGs基因起源于转座子的假说得到更多证据的支持。然而，RAGs在无脊椎动物中的功能以及RAG2如何起源等关键问题仍不清楚。近期我们在对虾转录组中发现RAGs类似基因LvRAG1-like和LvRAG2-like，它们与头索动物文昌鱼的RAGs具有较高序列相似性且与脊椎动物RAGs具有类似的协同表达特征。本项目拟解析对虾RAG类似基因（LvRAGs-like）的结构特征及LvRAG1-like和LvRAG2-like蛋白的活性特点，探讨它们的生物学功能，以期为脊椎动物RAGs的起源与进化提供新的证据，同时也将丰富无脊椎动物免疫的基础理论。

脊椎动物重组激活基因RAGs介导的V(D)J基因重排为其适应性免疫系统对病原的特异性识别和免疫记忆提供了重要物质基础。RAGs的起源和进化一直是适应性免疫研究的热点。随着RAGs同源基因在进化地位更低等动物（头索动物和昆虫）中被发现，RAGs基因起源于转座子的假说得到更多证据的支持。然而，RAGs在无脊椎动物中的功能以及RAG2如何起源等关键问题仍不清楚。本项目基于在对虾转录组中发现的与文昌鱼RAGs具有较高序列相似性的基因LvRAG1-like和LvRAG2-like，分析了对虾RAGs类似基因的结构和表达特征，并探讨了它们可能的生物学功能；同时，研究了对虾不同类型血细胞的组成及功能，并分析了其应对病原感染的免疫响应，以期为研究RAGs在对虾血细胞中的功能奠定基础。研究结果发现，LvRAG1-like和LvRAG2-like在对虾基因组中都是只存在一个拷贝，且二者在基因组中并不相邻，但二者均存在选择性剪切现象，可产生不同形式的成熟蛋白，这些特征与文昌鱼中RAGs转座子的基因特征完全不同；LvRAG1-like和LvRAG2-like呈现相同的组织表达模式，与脊椎动物RAGs的组织协同表达特征类似；LvRAG1-like具有核定位信号，主要在细胞核中表达，少量在细胞质中表达，与文昌鱼RAG1的亚细胞定位一致；LvRAGs-like主要在卵巢中表达，且与对虾“免疫致敏”现象存在一定的关联，推测它们可能发挥重组酶活性，发挥多种生物学功能；获得了昆虫表达的LvRAGs-like蛋白，为后续开展蛋白水平的研究奠定了基础。明确了不同类型对虾血细胞的免疫学功能，发现对虾血细胞介导神经内分泌免疫参与病毒感染过程。研究结果初步探明了对虾RAG类似基因的结构特征及生物学功能，为RAGs的起源与进化提供了新的证据，同时也丰富了无脊椎动物免疫的基础理论。