Activation-Induced Cytidine deaminase (AID) - phát minh mới về cơ chế phân tử của quá trình tổng hợp kháng thể

Chia sẻ: Sunshine_6 Sunshine_6 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một trong những b?t ng? của sự kiện hoàn tất bản đồ gen người là bộ gen ng-ời chỉ chứa đựng kho.ng 30.000 gen và điều đặc biệt là con số này chỉ gấp đôi so với số gen của ruồi dấm và côn trùng [1]. Với một l-ợng gen nhỏ nh- vậy rất khó lý gi.i cho các quá trình sinh học tinh vi của loài ng-ời, đặc biệt là hoạt động của hệ thần kinh và hệ miễn dịch. Một lời gi.i thích có sức thuyết phục hơn c. cho mối t-ơng quan giữa số l-ợng gen với...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Activation-Induced Cytidine deaminase (AID) - phát minh mới về cơ chế phân tử của quá trình tổng hợp kháng thể

TCNCYH 28 (2) - 2004 Activation-Induced Cytidine deaminase (AID) - ph¸t minh míi vÒ c¬ chÕ ph©n tö cña qu¸ tr×nh tæng hîp kh¸ng thÓ TS. T¹ Thµnh V¨n Bé m«n Hãa-Hãa sinh - Tr−êng §¹i häc Y Hµ Néi (germinal center). ChÝnh t¹i siªu cÊu tróc nµy, Giíi thiÖu chung hai qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña gen immonoglobulin Mét trong nh÷ng bất ngờ cña sù kiÖn hoµn ®· x¶y ra bao gåm: 1) Qu¸ tr×nh t¸i tổ hợp tÊt b¶n ®å gen ng−êi lµ bé gen ng−êi chØ chøa gen (class switch recombination viết tắt lµ ®ùng kho¶ng 30.000 gen vµ ®iÒu ®Æc biÖt lµ con CSR) vµ qu¸ tr×nh siªu đột biến (somatic sè nµy chØ gÊp ®«i so víi sè gen cña ruåi dÊm hypermutation viết tắt lµ SHM). CSR thay thÕ vµ c«n trïng [1]. Víi mét l−îng gen nhá nh− vËy gen CH cña immunoglobulin tæng hîp IgM rÊt khã lý gi¶i cho c¸c qu¸ tr×nh sinh häc tinh vi (Cµ) b»ng c¸c gen Cγ, Cε hoÆc Cα (lµ c¸c cña loµi ng−êi, ®Æc biÖt lµ ho¹t ®éng cña hÖ gen quy định tổng hợp IgG, IgE vµ IgA) ®Ó thÇn kinh vµ hÖ miÔn dÞch. Mét lêi gi¶i thÝch cã chuyÓn qu¸ tr×nh tæng hîp IgM sang tæng hîp søc thuyÕt phôc h¬n c¶ cho mèi t−¬ng quan IgG, IgE hoÆc IgA mµ kh«ng thay ®æi tÝnh ®Æc gi÷a sè l−îng gen víi c¸c qu¸ tr×nh sinh häc tinh hiÖu kh¸ng nguyªn. SMH x¶y ra trªn gen V tÕ vµ phøc t¹p cña con ng−êi lµ: Sù biÕn ®æi c¸c cña chuçi nÆng (H chain) vµ chuçi nhÑ (L th«ng tin di truyÒn diÔn ra ngay sau khi con chain). Qu¸ tr×nh nµy t¹o ra c¸c ®ét biÕn ®iÓm ng−êi ®−îc sinh. §iÒu nµy cã nghÜa r»ng bé gen víi sè l−îng cao ®Õn hµng triÖu lÇn so víi ng−êi kh«ng ph¶i lµ bÊt biÕn mµ nã t−¬ng tù b×nh th−êng. Qu¸ tr×nh ®ét biÕn mét c¸ch nh− mét bøc tranh sinh ®éng cña cuéc sèng chän läc nµy ®· t¹o ra mét thÕ hÖ kh¸ng thÓ lu«n biÕn ®æi [2]. cã ¸i lùc cao víi kh¸ng nguyªn. Do vËy CSR T¹i hÖ miÔn dÞch, mét lo¹t biÕn ®æi vÒ vµ SHM t¹o ra c¸c s¶n phÈm hoµn toµn kh¸c th«ng tin di truyÒn ®−îc diÔn ra trong suèt qu¸ h¼n nhau, tõ c¸c c¬ chÊt lµ ADN còng kh¸c tr×nh biÖt hãa cña c¸c tÕ bµo lympho. Qu¸ h¼n nhau. ChÝnh v× vËy CSR vµ SHM ®−îc coi tr×nh t¹o kh¸ng thÓ bao gåm hai giai ®o¹n kÕ lµ hai qu¸ tr×nh cã c¬ chÕ ph©n tö hoµn toµn tiÕp nhau. Giai ®o¹n mét lµ giai ®o¹n kh«ng kh¸c biÖt. Tuy nhiªn sù ph¸t hiÖn ra phô thuéc kh¸ng nguyªn vµ tÕ bµo lympho T. activation-induced cytidine deaminase (AID), Giai ®o¹n nµy x¶y ra ë gan bµo thai vµ tñy enzyme xóc t¸c sự loại bỏ gèc amine của x−¬ng, ®−îc lËp tr×nh vµ ®iÒu hßa mét c¸ch cytidine bëi nhãm nghiªn cøu cña Honjo, T. nghiªm ngÆt bëi c¸c cytokine. Trong qu¸ tr×nh (1999) ®· xãa bá hoµn toµn quan niÖm nµy. nµy tÕ bµo lympho B non s¾p xÕp c¸c gen Cho ®Õn nay AID ®−îc coi lµ cÇu nèi duy nhÊt cña immunoglobulin bao gåm gen V (variable gi÷a CSR vµ SHM. gene), gen D (diversity gene) vµ gen J AID, ph¸t minh míi trong miÔn (joining gene) ®Ó t¹o ra tæ hîp VDJ gen liªn kÕt víi vïng gen kh«ng biÕn ®æi Cµ. Còng dÞch häc chÝnh tõ ®©y tæ hîp gen m· hãa qu¸ tr×nh sinh 1. Qu¸ tr×nh ph¸t hiÖn ra AID tæng hîp IgM ®· ®−îc thiÕt lËp. Giai ®o¹n hai B»ng kü thuËt thiÕt lËp th− viÖn ADN bổ lµ giai ®o¹n phô thuéc kh¸ng nguyªn vµ tÕ sung (cDNA library) ®Ó ph©n tÝch vµ so s¸nh bµo lympho T. Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra ë tæ chøc sù kh¸c biÖt gi÷a c¸c gen cña dßng tÕ bµo lympho ngo¹i vi. Sau khi tiÕp xóc víi kh¸ng lympho CH12F3-2 tr−íc vµ sau khi kÝch thÝch nguyªn, tÕ bµo lympho B ph©n chia ®Ó h×nh bëi c¸c cytokine TGF-β, IL-4 vµ CD40L (nh»m thµnh cÊu tróc lympho ngo¹i vi ®Æc biÖt t¹o ra qu¸ tr×nh CSR), nhãm nghiªn cøu cña 116
TCNCYH 28 (2) - 2004 Honjo, T. ®· ph¸t hiÖn ra AID [3]. L−îng ARN gièng nhau hoµn toµn. Dùa trªn c¬ së nµy th«ng tin (mARN) cña AID trong tÕ bµo c¸c nhµ khoa häc ®· x¸c ®Þnh AID cã ho¹t CH12F3-2 cã CSR cao gÊp 10 lÇn so víi c¸c tÝnh deaminase ®Ó chuyÓn C (cytosine) thµnh tÕ bµo kh«ng cã CSR. Gen AID cã chiÒu dµi U (uridine) trong cÊu tróc ®iÓn h×nh WRCY 1,2-kb m· hãa 198 amino acid víi träng l−îng (R=G hoÆc A, Y=T hoÆc C, W=A hoÆc T) [3]. ph©n tö kho¶ng 24 kDa. Gen AID cña ng−êi Tõ ®©y mét gi¶ thuyÕt cho c¬ chÕ ho¹t ®éng vµ chuét gièng nhau ®Õn 98%, n»m ë vÞ trÝ cña AID ®· ®−îc ®Ò xuÊt trong ®ã AID t¸c 12p13 trªn nhiÔm s¾c thÓ vµ ®iÒu ®Æc biÖt lµ dông trùc tiÕp vµo c¸c mRNA b»ng chÝnh ho¹t chóng gièng gen APOBEC-1 cña chuét ®Õn tÝnh deaminase cña m×nh, mµ c¸c mRNA ®ã 30% trong ®ã trung t©m ho¹t ®éng th× m· hãa c¸c protein enzyme xóc t¸c cho (deaminase motif) cña ba gen trªn hÇu nh− c¸c qu¸ tr×nh CSR vµ SHM [2]. VH D JH C µ Cδ Cγ3 Cγ1 Cγ2b Cγ2a Cε Cα S S S S S S S Tủy Tuy xuong xương Tổ hợp To hop gen VDJ gen VDJ Đột biến dot bien chon Tái tổ hợp gen chọn lọc loc (SHM) (CSR) hop gen ta'i to (CSR) (SHM) To chuc lympho ngoai vi T ổ chức Sản phẩm san pham lympho gen V Gen V trung gian trung gian ngoại dot bien đột biến vi ADN vòng tự dodo ADN vo`ng tu Sản san pham gen sau ta'i to hop phẩm gen sau tái tổ hợp H×nh 1. Qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp c¸c gen trªn chuçi nÆng cña immunoglobulin. VÞ trÝ c¸c gen trªn chuçi nÆng cña lùc cao víi kh¸ng nguyªn. CSR t¸i tæ hîp gen immunoglobulin chuét bao gåm: h×nh « vu«ng V víi c¸c gen C kh¸c nhau b»ng c¸ch c¾t bá vµ h×nh bÇu dôc lµ exons vµ vïng gen c«ng c¸c gen n»m gi÷a hai gen c«ng t¾c (S). ADN t¾c (S). Qu¸ tr×nh tæ hîp c¸c gen V, D vµ J c¾t bá t¹o thµnh AND vßng. x¶y ra ë tñy x−¬ng trong khi SHM vµ CSR x¶y 2. Gi¶ thiÕt vÒ c¬ chÕ ho¹t ®éng cña ra ë c¸c tæ chøc lympho ngo¹i vi. Qu¸ tr×nh tæ AID trong qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp gen hîp c¸c gen V, D vµ J ®· chän lùa mçi lo¹i immunoglobulin chØ mét gen ®Ó t¹o ra mét gen tæ hîp (V) cho AID ®−îc ®¸nh gi¸ lµ lÜnh vùc nãng báng nhÊt tÕ bµo lympho B. SHM t¹o ra c¸c ®ét biÕn trong c¸c ngµnh Y Sinh häc trong vßng ba n¨m trªn gen tè hîp V nh»m t¹o ra dßng tÕ bµo trë l¹i ®©y. TÝnh tõ khi ®−îc ph¸t hiÖn vµo n¨m lympho B cã kh¶ n¨ng t¹o ra kh¸ng thÓ cã ¸i 1999 ®Õn nay trªn thÕ giíi ®· cã trªn 150 c«ng 117
TCNCYH 28 (2) - 2004 tr×nh khoa häc liªn quan ®Õn AID ®· ®−îc c«ng lympho B cña chuét nh¾t ®· bÞ lo¹i bá gen bè trªn c¸c t¹p chÝ khoa häc næi tiÕng nhÊt. C¸c AID (AID knock out mice) vµ dßng tÕ bµo sîi nhµ khoa häc ®ang cè g¾ng t×m ra c¬ chÕ ph©n NIH3T3 mang gen c¬ chÊt cho SHM (mutated tö cña AID trong viÖc ®iÒu hßa hai qu¸ tr×nh CSR GFP gene) ®Ó nghiªn cøu qu¸ tr×nh CSR vµ vµ SHM ®ång thêi t×m hiÓu nguån gèc vµ c¬ chÕ SHM in vitro [7]. KÕt qu¶ cho thÊy ®¹i ®a sè cña mét sè bÖnh miÔn dÞch bÈm sinh liªn quan c¸c gen AID ®ét biÕn mÊt c¶ hai ho¹t tÝnh ®Õn AID ®Ó tõ ®ã nghiªn cøu øng dông trong CSR vµ SHM. Tuy nhiªn gen AID ®ét biÕn t¹i ®iÒu trÞ. HiÖn nay cã hai gi¶ thuyÕt vÒ c¬ chÕ ho¹t 17 acid amin ®Çu C tËn vÉn duy tr× ho¹t tÝnh ®éng cña AID. Honjo, T. vµ céng sù cho r»ng SHM trong ®ã CSR hoµn toµn bÞ lo¹i bá [7, 8]. AID ®ãng vai trß nh− APOBEC-1, trong ®ã AID Sö dông kü thuËt tña miÔn dÞch (immuno- t¸c ®éng trùc tiÕp lªn c¸c mRNA mµ c¸c mARN precipitation) kÕt hîp víi Western blot, t¸c gi¶ nµy m· hãa tæng hîp c¸c protein enzyme xóc ®· ®−a ra b»ng chøng kh¼ng ®Þnh thÓ ho¹t t¸c hai qu¸ tr×nh CSR vµ SHM [2, 4, 7]. Mét sè ®éng cña AID lµ dimer hoÆc multimer. B»ng nhãm kh¸c l¹i chøng minh r»ng AID tÊn c«ng siªu ly t©m ph©n tÝch sö dông dßng tÕ bµo trùc tiÕp lªn ADN b»ng ho¹t tÝnh deaminase ®Ó NIH3T3 chuét tæng hîp AID cña ng−êi ®−îc chuyÓn C thµnh U t¹i vïng gen S (switch gene), kÕt hîp víi mét phÇn cña estrogen receptor t¹i ®iÓm nµy chuçi ADN bÞ bÎ gÉy vµ sau ®ã nhê (ER) trong ®ã qu¸ tr×nh tæng hîp vµ ho¹t hãa hÖ thèng enzyme söa ch÷a (N.H.E.J.) ®Ó nèi l¹i AID-ER ®−îc ®iÒu hßa bëi tetracycline hai ®Çu gen tù do [5, 6]. C¸c nhãm ®Òu ®−a ra promoter vµ 4-hydroxytamoxifen th«ng qua c¸c b»ng chøng thuyÕt phôc ®Ó chøng minh cho estrogen receptor, T¹ Thµnh V¨n vµ céng sù gi¶ thuyÕt cña m×nh. Tuy nhiªn cã mét ®iÓm lÇn ®Çu tiªn ®· chøng minh thÓ ho¹t ®éng cña chung mµ c¶ hai gi¶ thuyÕt ®Òu kh¼ng ®Þnh lµ vai AID lµ mét phøc hîp cã träng l−îng ph©n tö trß quyÕt ®Þnh cña AID trong CSR vµ SHM th«ng rÊt lín (3000 kDa) mµ trong thµnh phÇn cã qua ho¹t tÝnh deaminase. mRNA vµ HS 90 (heat shock protein 90) c¸c 3. §ét biÕn gen AID g©y héi chøng t¨ng co-factor vµ c¸c protein kh¸c. Ph¸t hiÖn nµy IgM bÈm sinh trªn ng−êi cã ý nghÜa quan träng trong viÖc nghiªn cøu c¬ chÕ ho¹t ®éng ph©n tö cña AID. Vai trß cña AID trong héi chøng t¨ng IgM bÈm sinh type 2 ë ng−êi lÇn ®Çu tiªn ®−îc 4. H−íng nghiªn cøu hiÖn nay vÒ AID c«ng bè bëi c«ng tr×nh nghiªn cøu phèi hîp vµ triÓn väng gi÷a nhãm nghiªn cøu cña Honjo, T vµ c¸c Sù ph¸t minh ra AID thùc sù ®· t¹o ra mét céng sù ng−êi Ph¸p. C¸c d¹ng ®ét biÕn cña b−íc ®ét ph¸ trong miÔn dÞch häc. AID ®ãng gen AID bÈm sinh bao gåm c¸c ®ét biÕn vai trß nh− lµ mét enzyme ch×a khãa trong ®iÓm, c¾t hoÆc thªm ®o¹n nucleotide. C¸c qu¸ tr×nh sinh tæng hîp c¸c kh¸ng thÓ. Do vËy bÖnh nh©n nµy ®Òu nhËp viÖn víi c¸c triÖu viÖc nghiªn cøu t×m ra c¬ chÕ ®iÒu hoµ ho¹t chøng l©m sµng cña nhiÔm trïng kÐo dµi nh− ®éng cña AID, th«ng qua ®ã ®iÒu hoµ qu¸ viªm phæi, Øa ch¶y. XÐt nghiÖm m¸u cña c¸c tr×nh tæng hîp c¸c kh¸ng thÓ sÏ ®em l¹i mét bÖnh nh©n nµy thÊy l−îng IgM t¨ng cao hµng Ých lîi v« cïng lín trong Y häc. ChÝnh v× vËy chôc, hµng tr¨m lÇn so víi b×nh th−êng trong c¸c nhµ khoa häc trªn thÕ giíi ®ang ®i s©u khi nång ®é IgA, IgE vµ IgG l¹i rÊt thÊp, thËm nghiªn cøu nh»m t×m ra: chÝ kh«ng ph¸t hiÖn ®−îc. SHM cña gen - C¬ chÕ ho¹t ®éng ph©n tö cña AID, cô immunoglobulin gi¶m ®¸ng kÓ hoÆc kh«ng cã. thÓ nghiªn cøu x¸c ®Þnh c¬ chÊt mµ AID xóc KÕt qu¶ gi¶i phÉu bÖnh cho thÊy l¸ch to, c¸c t¸c lµ ADN hay ARN. h¹ch lympho ph× ®¹i vµ kh«ng cã cÊu tróc - Co-factor tham gia vµo qu¸ tr×nh xóc t¸c lympho siªu vi. T¹ Thµnh V¨n vµ céng sù ®· cña AID. ®−a c¸c gen AID ®ét biÕn nµy vµo hÖ retrovirus vector sau ®ã g©y nhiÔm vµo tÕ bµo 118
TCNCYH 28 (2) - 2004 - LiÖu ph¸p ®iÒu trÞ gen cho c¸c bÖnh nh©n ®ét S. K., Harris, R. S. & Neuberger, M. S. AID biÕn AID (héi chøng t¨ng IgM bÈm sinh type 2). mutates E. coli suggesting a DNA deamination mechanism for antibody - ThÓ bÊt ho¹t cña AID (dominant negative diversification. Nature 418, 99-103 (2002). form) cã t¸c dông øc chÕ AID in vivo th«ng qua ®ã øc chÕ qu¸ tr×nh sinh tæng hîp tõng 5. Dickerson, S. K., Market, E., Besmer, dßng kh¸ng thÓ kh¸c nhau. Điều này có thể E. & Papavasiliou, F. N. AID mediates đưa đến việc nghiên cứu øng dông trong l©m hypermutation by deaminating single sµng (vÝ dô øc chÕ sù tæng hîp IgE trong ®iÒu stranded DNA. J. Exp. Med.197, 1291-1296 trÞ c¸c bÖnh dÞ øng). (2003). Tµi liÖu tham kh¶o 6. Van-Thanh, T., Nagaoka, H., Honjo, T. et al. AID mutant analyses imply 1. Venter, J. C., Adams, M. D., Myers, requirement of class switch specific E. W. et al. The sequence of the human cofactor(s). Nature Immunology 4, 843-848 genome. Science 291, 1304-1351, (2001). (2003). 2. Honjo, T., Kinoshita, K., Muramatsu, 7. Van-Thanh, Ta and Honjo, T. M. Molecular mechanism of class switch Response to “Domain organization of recombination: linkage with somatic activation-induced cytidine deaminase”. hypermutation. Ann. Rev. Immunol. 20, 165- Nature Immunology 4 (12), 1154 (2003). 196 (2002). (Bài viết được thực hiện tại Bộ môn Hóa Y 3. Muramatsu, M., Sankaranand, V. S., học và Sinh học phân tử, Khoa Y, Trường Đại Anant, S. et al. Specific expression of học Kyoto, Nhật Bản). activation-induced cytidine deaminase (AID), a novel member of the RNA-editing deaminase family in germinal center B cells. J. Biol. Chem. 274, 18470-18476 (1999). 4. Doi, T., Kinoshita, K., Ikegawa, M., Muramatsu, M. & Honjo, T. De novo protein synthesis is required for the activation- induced cytidine deaminase function in class- switch recombination. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 2634-2638 (2003).Petersen-Mahrt, Summary Activation-Induced Cytidine deaminase (AID) - a new discovery of molecular mechanism for immunoglobulin synthesis The immune system takes advantage of genetic alteration to amplify its diversity. During early states of T and B lymphocyte differentiation, V(D)J recombination takes place to assemble variable (V), diversity (D) and joining (J) segments of the V exon of the T cells receptor and immunoglobulin gene. In the later states, antigen stimulation of mature IgM B lymphocytes induces two additional genetic alteration events, namely class switch recombination (CSR) and somatic hypermutation (SHM) in which activation-induced cytidine deaminase (AID) has been known to be essential. Human AID gene is mapped to chromosome 12p13 and encodes 198 amino acids. AID deficiency causes the hyper-IgM syndrome (HIGM2) characterized by normal or elevated serum IgM levels with absence of IgG, IgA and IgE. Studies on AID mutations in HIGM2 syndrome have revealed that loss-of-function mutations are scattered in the entire 198 residues. The mutations of the C-terminal domain of human AID resulted in loss-of-function of CSR, but retained SHM and E-coli mutagenesis activities. In 119
TCNCYH 28 (2) - 2004 addition, active AID forms multimer and huge complex including target mRNA, co-factors and some other proteins. 120