Nature:巴钊庆博士等阐释抗体重链V基因重排的重要机制

2022-02-07 01:05:18 来源:
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今年蔓延在世界上的新改进型冠状感染所引发的相当素质疫情不仅将学者推向了开发乙型肝炎和治疗性血清的前沿,也在公众中都日后次科学普及了“乙型肝炎”“血清检验”“中都和性血清”等专业名词及其背后蕴含的典范免疫学专业知识。作为体液免疫的正因如此其重要抗原效其所分子可之一,血清在人体标记和减轻细菌、感染等病原体侵染现实生活中都起着正因如此其重要关键作用。

血清作为分泌改进型的免疫球抗原(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴巨噬细胞降解,是由两组配对的重链(IgH)和轻链(IgL)经二硫键相互连接构成的Y改进型抗原复合体。IgH和IgL分别具径向区内和恒定区内,其中都径向区内基因表达标记和紧密结合抗原。径向区内的字符性状由V(D)J亚胺(V(D)J recombination)反其所诱发。以IgH残基为例,在人和肠道真核生功用中都IgH残基穿过数百万碱基对(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个J性状电容以及为数众多催化反其所核苷酸组成。在前体B淋巴巨噬细胞(progenitor B cell, 全名pro-B)生长发育现实生活中都,V(D)J亚胺反其所通过RAG内切酶催化塌陷一个D性状和一个J 性状电容进而通过非就是指重组末端相互连接(NHEJ)梯度相互连接塌陷电容从而转变成DJH中都间硝酸盐,接着日后经过RAG 和NHEJ催化塌陷和相互连接一个VH性状到DJH中都间硝酸盐上,事与愿违转变成一段完整的IgH径向区内字符性状VHDJH。V(D)J亚胺反其所降解大量径向区内字符珍稀是构成血清多样性的正因如此其重要分子可典范之一。

V(D)J亚胺反其所中都量为数众多的V、D、J性状电容如何被RAG内切酶标记和切割从而参与降解正因如此为大众化的径向区内字符珍稀是一个或多或少且引人入胜的核心解决办法。尽管很多学术研究从(各部位)遗传角度了解到了影响V(D)J亚胺的多种心理因素,但是这一亚胺现实生活具体是如何时有发生的相当或许。

来得较人们依然断定的基于随机诱发的亚胺现实生活,近年来霍华德·阿姆斯特朗现代医学学术研究院(HHMI)、斯坦福大学现代医学院(HMS)和波士顿儿童医院(BCH)的Frederick W. Alt科学院实验室通过一系列指导工作断定V(D)J亚胺反其所很或许是通过RAG卵子读取(RAG chromatin scanning)的等价化论据可执行的。该实验室前期开创性地断定RAG具等价化“”(tracking)和切割真核生功用具特定斜向的off-target核苷酸的活性,并且该活性全域与都会聚改进型(convergent)CTCF紧密结合电容(CTCF-binding element, CBE)转变成的真核生功用内侧状RNA(loop domain)吻合。紧接着,该实验室通过学术研究一类设在肠道IgH残基D胫骨VH性状下游紧邻的CBE的功能时全面性明确指出了有可能基于卵子内侧除去(loop extrusion)有助于的RAG卵子读取的等价化论据,该论据需很差的解读胫骨VH-to-DJH的亚胺现实生活以及该现实生活中都CBE的正因如此其重要关键作用。该实验室随后登载的另一篇篇文章通过一系列实验断定该论据也很差解读了生理反应上的删除性D-to-JH亚胺解决办法,并全面性断定卵子内侧除去在该亚胺现实生活中都充分发挥正因如此其重要关键作用。然而,有关RAG卵子读取的指导工作有助于以及更正因如此其重要的为数众多分隔于Mb以外的启动时V性状是如何亚胺的等解决办法无论如何不或许。

2020年7月27日,来自霍华德·阿姆斯特朗现代医学学术研究院(HHMI)、斯坦福大学现代医学院(HMS)和波士顿儿童医院(BCH)的Frederick W. Alt科学院以及国立肥胖症学术研究院(NIH)的Rafael Casellas教授一个团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview表现形式在线登载了题为“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的学术研究篇文章(巴钊庆博士为本文第一译者后任协力通讯译者,娄江兹博士为协力一作)。该篇文章了解到了垫黏抗原cohesin巨噬细胞内的卵子内侧除去液压IgH残基等价迁移从而提供RAG读取的底功用,并且了解到了CTCF在该有助于下催化反其所启动时VH亚胺中都的正因如此其重要关键作用,由此为该各个领域或多或少的一个核心解决办法提供了新的立论。

为了学术研究RAG卵子读取的液压力解决办法,学者断定cohesin有可能是一个正因如此其重要生功用体。为了证明此观点,学术研究人员选取了肠道复活化的v-Abl pro-B巨噬细胞系。该巨噬细胞系经诱导后能长期稳定存活于巨噬激酶的G1期,能大量启动时RAG巨噬细胞内的D-to-JH亚胺、少量启动时胫骨而仅仅没法启动时启动时的VH-to-DJH亚胺。以后在该巨噬细胞系的学术研究断定了其时有发生的D-to-JH和胫骨VH-to-DJH正是通过RAG读取巨噬细胞内的,那么在该巨噬细胞系中都除去cohesin都会怎样呢?学者采用肝细胞诱导抗原脱水元(auxin-inducible degron, AID)意图在该巨噬细胞系里相结合了cohesin复合功用正因如此其重要生功用体Rad21的AID脱水体制(Rad21-degron),通过去除auxin快速脱水Rad21。紧接着,学者通过ChIP-seq断定了全真核生功用仅限于IgH残基cohesin的紧密结合仅仅全部遗忘,而IgH 残基基因表达活性以及已知的卵子互作及V(D)J亚胺需性状的基因表达或理解均没有纯着波动。学者进而通过巴钊庆博士以后开发的3C-HTGTS断定相其所的IgH残基上仅仅所有的卵子内侧状RNA都遗忘了,这与以后在其它类改进型巨噬细胞中都的断定赞同,即cohesin对于卵子内侧除去转变成内侧状RNA是需的。正因如此为耐人寻味的是,学者全面性通过归纳Rad21脱水前后D-to-JH和胫骨VH-to-DJH的波动断定,Rad21脱水仅仅减轻了所有胫骨VH-to-DJH亚胺,震荡增加了仅仅所有的D-to-JH亚胺,除了设在RAG高度富集的V(D)J亚胺中都心(recombination center, RC)之外的DQ52电容的亚胺。以后的学术研究断定,DQ52由于其位处RC的后方特殊性,可以通过诱发接近RAG而时有发生亚胺,因此其亚胺相当完全依赖cohesin巨噬细胞内的内侧除去现实生活。

为了更好地探究cohesin缺失的效其所,学术研究在Rad21-degron系统都会里通过CRISPR/Cas9全面性摇动除了IGCR1电容,以后断定IGCR1缺失后RAG读取减慢至IgH胫骨VH区内域从而随之而来胫骨VH特别是VH81X性状的亚胺急剧升高,那么在此典范上缺失了cohesin都会怎样呢?学者断定Rad21脱水过去仅仅减轻了所有减慢了的胫骨VH-to-DJH亚胺,同时也震荡增加了仅仅所有的D-to-JH亚胺,日后一次,只有DQ52亚胺无论如何需时有发生。相对其所的,Rad21脱水同时减轻了IgH残基所有的卵子内侧状骨架,仅限于由于IGCR1缺失而随之而来的巨大减慢了的RC与胫骨VH之间的内侧状相互关键作用。这些结果协力断定cohesin正因如此或许通过其巨噬细胞内的卵子内侧除去巨噬细胞内了RAG读取所可执行的D-to-JH和胫骨VH-to-DJH亚胺现实生活。

除了胫骨VH性状,数百个启动时VH性状是如何接近RAG而时有发生远距离亚胺呢?依然以来人们断定启动时VH有可能通过一种IgH固有的“残基紧缩”(physical locus contraction)现实生活进行时亚胺。在该论据中都,启动时VH残基以某种未确定有助于接近并内侧绕RAG富集的亚胺中都心从而使得每个VH性状以随机诱发的方式将接近RAG而亚胺。由于缺乏明确的有助于支撑,该论据依然位处假说阶段。本文学者断定来得较该随机诱发论据,与D和胫骨VH性状亚胺十分相似,启动时VH性状有可能也是通过等价RAG卵子读取现实生活得以接近RAG而启动亚胺。那么如何证明这一点呢?学者实施了一个巧妙的意图。

学者首先进行时了严肃阿贝尔:在VH区内域,除了数百个VH性状外还存在着量为数众多的CTCF紧密结合电容CBEs;胫骨VH邻近CBE在RAG读取现实生活中都除了需减慢与其邻近的VH对于RAG的accessibility从而减慢其亚胺意志力,还额外阻截了RAG全面性读取其下游的其它胫骨VH进而减弱了其亚胺潜力;虽然为数众多启动时VH性状之间的CBE的具体功能尚未可知,但这些CBE或许与胫骨CBE十分相似需逐步阻截RAG下游读取现实生活,从而影响整个启动时VH的亚胺充份?全面性紧密结合他们的断定,其断定与肠道也就是说前体B巨噬细胞来得,其衍生出来的v-Abl巨噬细胞系只能进行时少量的胫骨VH亚胺,而没法进行时启动时VH亚胺;相其所的,该巨噬细胞系中都IgH亚胺中都心丢失了与启动时VH残基的内侧状骨架互作,而只存在少量与胫骨VH残基的互作。其原因依然未确定,如果这是由于为数众多CBE对内侧除去巨噬细胞内的RAG等价读取的阻截效其所所随之而来的,那么抑制或去除所有这些CBE,究竟就能重新启动时启动时VH的亚胺?

为了验证这一点,学者在v-Abl巨噬细胞系相结合了CTCF-degron脱水体制。去除auxin在结构上准确度上快速脱水CTCF后,ChIP-seq断定CTCF 脱水减轻或巨大大幅提高了CTCF本身以及cohesin在真核生功用仅限于IgH上大部分CBE残基的紧密结合;耐人寻味的是,仍有一些CBE残基被未能完全脱水而“湿气的”CTCF抗原紧密结合,尤其是那些位处启动时VH区内域具高度基因表达活性的残基。被诱导脱水后CTCF在卵子准确度上的非均一的紧密结合波动有可能反映了并不相同CBE残基自身的CTCF紧密结合活性、局部卵子内侧境或其它未确定心理因素。全面性的GRO-seq断定CTCF脱水并未纯着影响IgH亚胺中都心和VH尤其启动时VH基因表达,也未影响任何已知有可能参与卵子相互关键作用和V(D)J亚胺的生功用体的基因表达,断定CTCF脱水后的巨噬细胞无论如何具VH尤其启动时VH亚胺的充份。紧接着,学者通过3C-HTGTS断定,正因如此为耐人寻味的是,CTCF脱水憎恶应有了v-Abl巨噬细胞系所丢失的RAG所在亚胺中都心和仅仅整个启动时VH区内域的卵子内侧状骨架互作,并且与肠道也就是说前卵子内的互作高度十分相似,断定CTCF脱水后IgH残基的卵子内侧除去恢复关键作用到启动时VH区内域。那么相其所的,启动时VH或许也应有了亚胺意志力呢?

答案是肯定的!学者全面性检验了V(D)J亚胺波动,断定CTCF脱水正因如此为纯着地、甚至有时巨大地启动时了绝大部分VH,仅限于启动时VH的亚胺意志力,并且与肠道也就是说前体B巨噬细胞来得,虽然相当100%赞同,CTCF脱水后的v-Abl巨噬细胞系无论如何表现出结构上上正因如此为十分相似的VH亚胺频率和模式。相其所的,CTCF脱水后的v-Abl巨噬细胞系在VHDJH和DJH亚胺的相对比率上纯着增加并正因如此为接近也就是说肠道前体B巨噬细胞中都的数值,断定VH亚胺在结构上准确度上也或许巨大减慢了。另外,学者还通过归纳RAG巨噬细胞内的off-target切割活性断定只有在CTCF脱水后的巨噬细胞中都RAG才高频切割了整个VH区内域具特定斜向的off-target残基,全面性背书了CTCF摇动除使得RAG读取需关键作用于整个VH区内域从而巨噬细胞内启动时VH亚胺的结论。

此外,学者还全面性学术研究了CTCF-degron体制成立现实生活中都诱发的其它中都间自旋的巨噬细胞系中都启动时VH亚胺与CTCF抗原准确度以及潜在活性之间的亲密关系:断定CTCF C端放入巨噬细胞内脱水的AID-GFP电容纯着减少了CTCF抗原准确度,相其所的启动时VH开始时有发生亚胺;不经auxin处理事件的CTCF-degron体制存在leaky CTCF脱水,使得CTCF抗原准确度全面性减少,相其所的启动时VH亚胺素质更高;全面性的auxin处理事件仅仅脱水了结构上CTCF抗原准确度,相其所的启动时VH亚胺更加震荡。这些结果断定启动时VH亚胺对于CTCF抗原准确度以及潜在的活性的波动寻常,即后者的大幅提高对于启动时RAG读取启动时VH巨噬细胞内其亚胺具正因如此其重要的正向关键作用。最后,全面性通过示范各种组学数据进行时更细致的归纳,学者忽视在CTCF活性大幅提高现实生活中都VH的亚胺有可能受到湿气CTCF紧密结合残基以及VH基因表达准确度的影响,从而了解到了在进化上肠道并不相同VH域有可能实施了并不相同的意图保证各VH的亚胺充份。

基于上述实验断定和归纳,学者最后明确指出了cohesin和CTCF参与的卵子内侧除去巨噬细胞内的RAG读取进行时VH性状亚胺的论据,并忽视在肠道B巨噬细胞早期生长发育现实生活中都存在单独催化反其所CTCF/CBE阻截功用活性、或者通过催化反其所cohesin等其它内侧除去生功用体活性从而间接克服CTCF/CBE的阻截效其所从而允许cohesin巨噬细胞内的内侧除去现实生活液压RAG读取整个VH区内域而借助于VH的亚胺。

总体而言,该学术研究严肃论据并设计和实施了巧妙的实验意图不仅确证了cohesin巨噬细胞内的内侧除去现实生活在RAG读取现实生活中都的正因如此其重要液压关键作用,并且第一次了解到对单个CTCF抗原准确度的催化反其所可以启动时长距离VH亚胺现实生活。据我们了解得知,该指导工作在评审现实生活中都受到多位审稿人的评价,审稿人不仅肯定了其在血清径向区内大众化有助于解决办法上提供了“clear and sharp answer”,还肯定了其断定对于更普遍的真核生功用卵子骨架及性状基因表达的调节同样具正因如此其重要的意义。审稿人单独提到:“These findings establish a new paradigm for the V-to-DJ recombination step of antigen receptor gene assembly. The findings also lead to a pleasing mechanistic simplification and unification, in that now, all recombination events taking place outside of the RC at Igh (and perhaps other loci) can be envisioned to be operating by a single fundamental scanning mechanism. This is destined to be a landmark study for the field.”

值得注意的是,比这篇篇文章稍晚原译者并转交值得注意在Nature在线登载的另一篇学术研究篇文章了解到肠道前体B巨噬细胞中都cohesin卵子紧密结合活性的输催化反其所生功用体Wapl的基因表达准确度与IgH残基长距离卵子相互关键作用以及VH亚胺输相关,并全面性断定Wapl基因表达准确度大幅提高的前体B巨噬细胞中都cohesin在卵子上的路程增加(详见BioArt另据:Nature | 垫连抗原释放生功用体Wapl加强V性状亚胺的有助于)。以后在多种其它巨噬细胞中都已断定Wapl准确度大幅提高需结构上上通过加长cohesin卵子路程从而克服都会聚排列CBE电容对内侧除去现实生活的阻截效其所从而加长卵子内侧状RNA。基于此,该篇文章忽视肠道前体B巨噬细胞通过在基因表达准确度上调低Wapl从而加强IgH残基内侧除去巨噬细胞内的VH性状亚胺。总结起来,这两篇篇文章从并不相同角度为了让并不相同意图事与愿违了解到了一个内在统一的血清重链V性状亚胺的正因如此其重要有助于。

原始出处:

Zhaoqing Ba, Jiangman Lou, Adam Yongxin Ye,et al.CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning.Nature.Published: 27 July 2020

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