Nature:巴钊庆博士等揭示抗体重链V基因亚胺的重要机制

2021-12-27 06:53:14 来源:
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今年肆虐全球的新型冠状病毒所激起的关键鼠疫不仅将历史学者推向了开发抗生素和治疗法性突变的前沿,也在公众当中再次科普了“抗生素”“突变检测”“当中和性突变”等专业名词及其背后蕴含的根基免疫学知识。作为体液免疫的不可忽视受体一物理现象分子可之一,突变在人体识别和抑制细菌、病毒等病原体侵染反复当中起着不可忽视起到。

突变作为分泌型的免疫球受体(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴肝细胞聚合,是由两组配对的重链(IgH)和亚基(IgL)经二硫键连结密切相关的Y型受体复合体。IgH和IgL分别很强可控七区和恒定七区,其当中可控七区酪氨酸识别和相结合抗原。可控七区的字符基因序列由V(D)J缩合(V(D)J recombination)质子化产生。以IgH底一物为例,在人和肠道基因序列组当中IgH底一物跨越数百万碱基对(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个J基因序列线圈以及不乏调控序列组成。在前体B淋巴肝细胞(progenitor B cell, 简称pro-B)退化反复当中,V(D)J缩合质子化通过RAG内切酵素还原断裂一个D基因序列和一个J 基因序列线圈进而通过非同源重组末端连结(NHEJ)路径连结断裂线圈从而形成DJH当尾端产一物,接着再经过RAG 和NHEJ还原断裂和连结一个VH基因序列到DJH当尾端产一物上,最终形成一段完整的IgH可控七区字符基因序列VHDJH。V(D)J缩合质子化聚合大量可控七区字符基因序列库是密切相关突变生态的不可忽视分子可根基之一。

V(D)J缩合质子化当中数量不乏的V、D、J基因序列线圈如何被RAG内切酵素识别和大块从而策划聚合比较专业化的可控七区字符基因序列库是一个曾一度存在且引人入胜的一个中心疑问。尽管很多科学研究从(表观)生一物化学角度阐述了直接影响V(D)J缩合的多种主因,但是这一缩合反复确切是如何再次发生的十分清楚。

相较于人们在此之前可推测的基于随机渗入的缩合反复,近年来史密斯·安德森中医科学研究小组(HHMI)、哈佛中医院(HMS)和波士顿医院(BCH)的Frederick W. Alt院士科学研究小组通过一系列实习确实V(D)J缩合质子化很有显然是通过RAG细胞器照相(RAG chromatin scanning)的线性化数学模型执行的。该科学研究小组始自开创性地挖掘单单RAG很强线性化“”(tracking)和大块基因序列组很强特定方向的off-target序列的活性,并且该活性范围与不会聚型(convergent)CTCF相结合线圈(CTCF-binding element, CBE)形成的基因序列组末端状糖受体(loop domain)相符合。紧接着,该科学研究小组通过科学研究一类坐落于肠道IgH底一物D锁骨VH基因序列三角洲紧邻的CBE的功能时实质性驳斥了显然基于细胞器末端一个大(loop extrusion)组态的RAG细胞器照相的线性化数学模型,该数学模型都能很好的理解锁骨VH-to-DJH的缩合反复以及该反复当中CBE的不可忽视起到。该科学研究小组随后刊发的另一篇书评通过一系列科学研究确实该数学模型也很好理解了生理上的删掉性D-to-JH缩合疑问,并实质性确实细胞器末端一个大在该缩合反复当中起到不可忽视起到。然而,有关RAG细胞器照相的实习组态以及更不可忽视的不乏分隔于Mb以外的近端V基因序列是如何缩合的等疑问仍然不清楚。

2020年7月27日,来自史密斯·安德森中医科学研究小组(HHMI)、哈佛中医院(HMS)和波士顿医院(BCH)的Frederick W. Alt院士以及国立肥胖症科学研究小组(NIH)的Rafael Casellas教授团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview表现形式网络服务刊发了篇名“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的科学研究书评(巴钊庆指导教授为本文第一写作者兼共同电信写作者,娄江曼指导教授为共同一作)。该书评阐述了牛皮黏受体cohesin内源性的细胞器末端一个大飞轮IgH底一物线性迁移从而提供RAG照相的底一物,并且阐述了CTCF在该组态降至控近端VH缩合当中的不可忽视起到,由此为该领域曾一度存在的一个一个中心疑问提供了新的见解。

为了科学研究RAG细胞器照相的飞轮力疑问,历史学者可推测cohesin显然是一个不可忽视表征。为了断言此论据,科学研究人员选用了肠道永生化的v-Abl pro-B肝细胞系。该肝细胞系经诱导后能曾一度有利于生存于肝细胞周期的G1期,能大量内源性RAG内源性的D-to-JH缩合、少量内源性锁骨而仍然不能内源性近端的VH-to-DJH缩合。在此之前在该肝细胞系的科学研究证实了其再次发生的D-to-JH和锁骨VH-to-DJH正是通过RAG照相内源性的,那么在该肝细胞系当中除去cohesin不会怎样呢?历史学者采用生长素诱导受体裂解元(auxin-inducible degron, AID)策略在该肝细胞系里构建了cohesin复合一物不可忽视表征Rad21的AID裂解体系(Rad21-degron),通过添加auxin快速裂解Rad21。紧接着,历史学者通过ChIP-seq证实了全基因序列组有数IgH底一物cohesin的相结合仍然全部绝迹,而IgH 底一物酪氨酸活性以及未知的细胞器互作及V(D)J缩合必需基因序列的酪氨酸或表达均没有纯着变异。历史学者进而通过巴钊庆指导教授在此之前开发的3C-HTGTS挖掘单单都可的IgH底一物上仍然所有的细胞器末端状糖受体都绝迹了,这与在此之前在其它类型肝细胞当中的挖掘单单相符,即cohesin对于细胞器末端一个大形成末端状糖受体是必需的。比较有意思的是,历史学者实质性通过归纳Rad21裂解前后D-to-JH和锁骨VH-to-DJH的变异挖掘单单,Rad21裂解仍然抑制了所有锁骨VH-to-DJH缩合,震荡减少了仍然所有的D-to-JH缩合,除了坐落于RAG移动性掺入的V(D)J缩合当其中心(recombination center, RC)内部的DQ52线圈的缩合。在此之前的科学研究确实,DQ52由于其位处RC的位置特殊性,可以通过渗入相近RAG而再次发生缩合,因此其缩合十分全然忽视cohesin内源性的末端一个大反复。

为了更好地探讨cohesin缺陷的一物理现象,科学研究在Rad21-degron控制系统里通过CRISPR/Cas9实质性一声除了IGCR1线圈,在此之前挖掘单单IGCR1缺陷后RAG照相大幅提高至IgH锁骨VH地带从而致使锁骨VH比如说是VH81X基因序列的缩合加剧升高,那么在此根基上缺陷了cohesin不会怎样呢?历史学者挖掘单单Rad21裂解依然仍然抑制了所有大幅提高了的锁骨VH-to-DJH缩合,同时也震荡减少了仍然所有的D-to-JH缩合,再一次,只有DQ52缩合仍然都能再次发生。相较应的,Rad21裂解同时抑制了IgH底一物所有的细胞器末端状形态,有数由于IGCR1缺陷而致使的相当大大幅提高了的RC与锁骨VH错综复杂的末端状相互起到。这些结果共同确实cohesin极有显然通过其内源性的细胞器末端一个大内源性了RAG照相所执行的D-to-JH和锁骨VH-to-DJH缩合反复。

除了锁骨VH基因序列,数百个近端VH基因序列是如何相近RAG而再次发生远距离缩合呢?在此之前以来人们可推测近端VH显然通过一种IgH固有的“底一物紧缩”(physical locus contraction)反复完成缩合。在该数学模型当中,近端VH底一物以某种确实组态相近并末端绕RAG掺入的缩合当其中心从而使得每个VH基因序列以随机渗入的方式相近RAG而缩合。由于缺乏明确的组态支撑,该数学模型在此之前位处论点阶段。本文历史学者可推测相较于该随机渗入数学模型,与D和锁骨VH基因序列缩合多种有所不同,近端VH基因序列显然也是通过线性RAG细胞器照相反复得以相近RAG而完成缩合。那么如何断言这一点呢?历史学者应对了一个巧妙的策略。

历史学者首先完成了犀利猜想:在VH地带,除了数百个VH基因序列外还存在着数量不乏的CTCF相结合线圈CBEs;锁骨VH临近CBE在RAG照相反复当中除了都能大幅提高与其临近的VH对于RAG的accessibility从而大幅提高其缩合能力,还额外阻截了RAG实质性照相其中三角洲的其它锁骨VH进而弱化了其缩合创造力;虽然不乏近端VH基因序列错综复杂的CBE的确切功能尚未可知,但这些CBE是否与锁骨CBE多种有所不同都能逐步阻截RAG中三角洲照相反复,从而直接影响整个近端VH的缩合期望?实质性相结合他们的挖掘单单,其确实与肠道短时间前体B肝细胞来得,其衍生单单来的v-Abl肝细胞系只能完成少量的锁骨VH缩合,而不能完成近端VH缩合;都可的,该肝细胞系当中IgH缩合当其中心清空了与近端VH底一物的末端状形态互作,而只存在少量与锁骨VH底一物的互作。其原因在此之前确实,如果这是由于不乏CBE对末端一个大内源性的RAG线性照相的阻截一物理现象所致使的,那么抑制或去除所有这些CBE,不对就能重新内源性近端VH的缩合?

为了验证这一点,历史学者在v-Abl肝细胞系构建了CTCF-degron裂解体系。添加auxin在连续性总体上快速裂解CTCF后,ChIP-seq证实CTCF 裂解抑制或相当大降至了CTCF本身以及cohesin在基因序列组有数IgH上部分CBE底一物的相结合;有意思的是,仍有一些CBE底一物被未能全然裂解而“移单单的”CTCF受体相结合,来得较是那些位处近端VH地带很强移动性酪氨酸活性的底一物。被诱导裂解后CTCF在细胞器总体上的非均一的相结合变异显然反映了有所不同CBE底一物自身的CTCF相结合活性、全局细胞器末端境或其它确实主因。实质性的GRO-seq证实CTCF裂解并未纯着直接影响IgH缩合当其中心和VH来得较近端VH酪氨酸,也未直接影响任何未知显然策划细胞器相互起到和V(D)J缩合的表征的酪氨酸,确实CTCF裂解后的肝细胞仍然很强VH来得较近端VH缩合的期望。紧接着,历史学者通过3C-HTGTS挖掘单单,比较有意思的是,CTCF裂解强烈拖延时间了v-Abl肝细胞系所清空的RAG所在缩合当其中心和仍然整个近端VH地带的细胞器末端状形态互作,并且与肠道短时间前体肝细胞内的互作移动性多种有所不同,确实CTCF裂解后IgH底一物的细胞器末端一个大丧失起到到近端VH地带。那么都可的,近端VH是否也拖延时间了缩合能力呢?

回答是肯定的!历史学者实质性检测了V(D)J缩合变异,挖掘单单CTCF裂解比较纯着地、甚至有时相当大地内源性了绝部分VH,有数近端VH的缩合能力,并且与肠道短时间前体B肝细胞来得,虽然十分100%相符,CTCF裂解后的v-Abl肝细胞系仍然表现单单连续性上比较多种有所不同的VH缩合频带和模式。都可的,CTCF裂解后的v-Abl肝细胞系在VHDJH和DJH缩合的相较比率上纯着增加并比较相近短时间肠道前体B肝细胞当中的数值,确实VH缩合在连续性总体上也确实相当大大幅提高了。另外,历史学者还通过归纳RAG内源性的off-target大块活性挖掘单单只有在CTCF裂解后的肝细胞当中RAG才高频大块了整个VH地带很强特定方向的off-target底一物,实质性大力支持了CTCF一声除使得RAG照相都能起到于整个VH地带从而内源性近端VH缩合的假设。

此外,历史学者还实质性科学研究了CTCF-degron体系建立反复当中产生的其它当尾端态的肝细胞系当中近端VH缩合与CTCF受体总体以及潜在活性错综复杂的关系:挖掘单单CTCF C端插入内源性裂解的AID-GFP线圈纯着降低了CTCF受体总体,都可的近端VH开始再次发生缩合;未经auxin处理的CTCF-degron体系存在leaky CTCF裂解,使得CTCF受体总体实质性降低,都可的近端VH缩合程度更高;实质性的auxin处理仍然裂解了连续性CTCF受体总体,都可的近端VH缩合更加震荡。这些结果确实近端VH缩合对于CTCF受体总体以及潜在的活性的变异恰当,即后者的降至对于内源性RAG照相近端VH内源性其缩合很强不可忽视的持续性起到。最后,实质性通过综合各种组学信息完成更细致的归纳,历史学者看来在CTCF活性降至反复当中VH的缩合显然受到移单单CTCF相结合底一物以及VH酪氨酸总体的直接影响,从而阐述了在进化上肠道有所不同VH域显然应对了有所不同的策略保证各VH的缩合期望。

基于上述科学研究挖掘单单和归纳,历史学者最后驳斥了cohesin和CTCF策划的细胞器末端一个大内源性的RAG照相完成VH基因序列缩合的数学模型,并看来在肠道B肝细胞后期退化反复当中存在直接调控CTCF/CBE阻截一物活性、或者通过调控cohesin等其它末端一个大表征活性从而间接关键在于CTCF/CBE的阻截一物理现象从而意味着cohesin内源性的末端一个大反复飞轮RAG照相整个VH地带而借助于VH的缩合。

总体而言,该科学研究犀利假设并设计和应对了巧妙的科学研究策略不仅确证了cohesin内源性的末端一个大反复在RAG照相反复当中的不可忽视飞轮起到,并且第一次阐述对单个CTCF受体总体的调控可以内源性长距离VH缩合反复。据我们了解得知,该实习在评判反复当中受到多位审稿人的移动性评价,审稿人不仅肯定了其在突变可控七区专业化组态疑问上提供了“clear and sharp answer”,还肯定了其挖掘单单对于更普遍的基因序列组细胞器形态及基因序列酪氨酸的适度值得注意很强不可忽视的含义。审稿人直接写道:“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,比这篇书评稍早杂志社并接收最近在Nature网络服务刊发的另一篇科学研究书评阐述肠道前体B肝细胞当中cohesin细胞器相结合活性的负调控表征Wapl的酪氨酸总体与IgH底一物长距离细胞器相互起到以及VH缩合肥大,并实质性挖掘单单Wapl酪氨酸总体降至的前体B肝细胞当中cohesin在细胞器上的停留时间增加(详见BioArt报道:Nature | 牛皮连受体释放单单来表征Wapl作出贡献V基因序列缩合的组态)。在此之前在多种其它肝细胞当中已证实Wapl总体降至都能连续性上通过延展cohesin细胞器停留时间从而关键在于不会聚交错CBE线圈对末端一个大反复的阻截一物理现象从而延展细胞器末端状糖受体。基于此,该书评看来肠道前体B肝细胞通过在酪氨酸总体上调低Wapl从而作出贡献IgH底一物末端一个大内源性的VH基因序列缩合。总结起来,这两篇书评从有所不同角度利用有所不同策略最终阐述了一个内在统一的突变重链V基因序列缩合的不可忽视组态。

完整单单处:

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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