Nature:巴钊庆博士等揭示抗体重链V突变重排的重要机制

2022-01-31 05:06:09 来源:
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今年蔓延全球的新DF冠状病毒所招致的重大疫情不仅将学者引向了开发疫苗和治疗法功能性特异功能性的同一时间沿,也在公众中都再进一步次马什了“疫苗”“特异功能性检查”“中都和功能性特异功能性”等专业名词及其暗藏蕴含的系统化微生物学科学知识。作为体液免疫的最重要激酶震荡化学键之一,特异功能性在生物体辨认和抑止细菌、病毒等病原体侵染全过程中都起着最重要起到。

特异功能性作为分泌DF的免疫球激酶(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴肝细胞甲醛,是由2组一对一的重链(IgH)和轻链(IgL)经二硫键连接起来构成的YDF激酶一个大。IgH和IgL分别不具非对称区内和径向区内,其中都非对称区内特异功能性辨认和相辅相成抗原。非对称区内的编码器基因组由V(D)J亚胺(V(D)J recombination)反应以会造成。以IgH质子化为例,在人和人体内核苷酸中都IgH质子化跨越数百万遗传物质(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个J基因组模组以及相当多管控核苷酸组合而成。在同一时间体B淋巴肝细胞(progenitor B cell, 同一时间身pro-B)发育全过程中都,V(D)J亚胺反应以会通过RAG内切激酶催既有松脱一个D基因组和一个J 基因组模组进而通过非词源合并末尾端连接起来(NHEJ)路径连接起来松脱模组从而形成DJH下方催化反应以,接着再进一步经过RAG 和NHEJ催既有松脱和连接起来一个VH基因组到DJH下方催化反应以上,再度形成一段完整的IgH非对称区内编码器基因组VHDJH。V(D)J亚胺反应以会甲醛大量非对称区内编码器基因组库是构成特异功能性多样功能性的最重要化学键系统化之一。

V(D)J亚胺反应以会中都数量相当多的V、D、J基因组模组如何被RAG内切激酶辨认和研磨从而作准备甲醛极其多样既有的非对称区内编码器基因组库是一个长期大多存在且引人入胜的两大疑问。尽管很多研究课题从(表观)遗传学角度阐明了主因V(D)J亚胺的多种主因,但是这一亚胺全过程实际是如何再进一步次发生的这不清楚。

相对于于人们长期以来推测的基于随机扩散的亚胺全过程,近年来米切尔·米切尔医学研究课题室(HHMI)、耶鲁医学院(HMS)和芝加哥儿童医院(BCH)的Frederick W. Alt博士生研究课题一个团队通过一系列管理工作确有V(D)J亚胺反应以会很有确有是通过RAG肌动激酶读取(RAG chromatin scanning)的一维既有基本概念分派的。该研究课题一个团队同一时间期独创功能性地找到RAG不具一维既有“”(tracking)和研磨核苷酸不具特定顺时针的off-target核苷酸的活功能性,并且该活功能性范围与聚在一起DF(convergent)CTCF相辅相成模组(CTCF-binding element, CBE)形成的核苷酸马蹄形结构上可定义(loop domain)吻合。紧接着,该研究课题一个团队通过研究课题一类位于人体内IgH质子化D近尾端VH基因组中游西北侧的CBE的功能时大幅度确切指出了确有基于肌动激酶马蹄形先用(loop extrusion)必要的RAG肌动激酶读取的一维既有基本概念,该基本概念都能不太好的断言近尾端VH-to-DJH的亚胺全过程以及该全过程中都CBE的最重要起到。该研究课题一个团队随后发表书评的另一一段话通过一系列科学实验确有该基本概念也不太好断言了心理上的写入功能性D-to-JH亚胺疑问,并大幅度确有肌动激酶马蹄形先用在该亚胺全过程中都关键起到最重要起到。然而,有关RAG肌动激酶读取的管理工作必要以及更最重要的相当多分隔于Mb大部份的可分派V基因组是如何亚胺的等疑问即便如此不清楚。

2020年7年底27日,来自米切尔·米切尔医学研究课题室(HHMI)、耶鲁医学院(HMS)和芝加哥儿童医院(BCH)的Frederick W. Alt博士生以及国立肥胖研究课题室(NIH)的Rafael Casellas教授一个团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview范例在线发表书评了一段话“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的研究课题书评(巴钊庆博士为本文第一作者后任合作通讯作者,娄江贝特博士为合作一作)。该书评阐明了粘黏激酶cohesin游离的肌动激酶马蹄形先用动力IgH质子化一维迁至从而提供者RAG读取的质子化,并且阐明了CTCF在该必要下管控可分派VH亚胺中都的最重要起到,由此为该领可定义长期大多存在的一个两大疑问提供者了新的论调。

为了研究课题RAG肌动激酶读取的动力力疑问,学者推测cohesin确有是一个最重要系数。为了证明此观点,研究课题人员选取了人体内炼狱既有的v-Abl pro-B肝细胞系。该肝细胞系经游离后能长期稳定共存于肝细胞周期的G1期,能大量游离RAG游离的D-to-JH亚胺、少量游离近尾端而大部份必须游离可分派的VH-to-DJH亚胺。以同一时间在该肝细胞系的研究课题确认了其再进一步次发生的D-to-JH和近尾端VH-to-DJH正是通过RAG读取游离的,那么在该肝细胞系中都除去cohesin会怎样呢?学者选取生长素游离激酶甲醛元(auxin-inducible degron, AID)方针在该肝细胞系中都构建了cohesin激酶最重要系数Rad21的AID甲醛经济体制(Rad21-degron),通过移除auxin快速甲醛Rad21。紧接着,学者通过ChIP-seq确认了全核苷酸仅限于IgH质子化cohesin的相辅相成大部份全部变为,而IgH 质子化RNA活功能性以及据信的肌动激酶互作及V(D)J亚胺需要基因组的RNA或表述均没有清高着变既有。学者进而通过巴钊庆博士以同一时间开发的3C-HTGTS找到都可的IgH质子化上大部份所有的肌动激酶马蹄形结构上可定义都变为了,这与以同一时间在其它种类肝细胞中都的找到确切,即cohesin对于肌动激酶马蹄形先用形成马蹄形结构上可定义是需要的。极其引人注目的是,学者大幅度通过比对Rad21甲醛同一时间后D-to-JH和近尾端VH-to-DJH的变既有找到,Rad21甲醛大部份抑止了所有近尾端VH-to-DJH亚胺,连续不断增大了大部份所有的D-to-JH亚胺,除了位于RAG相对于于富集的V(D)J亚胺中都心(recombination center, RC)内部的DQ52模组的亚胺。以同一时间的研究课题确有,DQ52由于其处于RC的位置特殊功能性,可以通过扩散近似于RAG而再进一步次发生亚胺,因此其亚胺这不无论如何依赖cohesin游离的马蹄形先用全过程。

为了更多地探究cohesin紊乱的震荡,研究课题在Rad21-degron系统设计者中都通过CRISPR/Cas9大幅度敲除了IGCR1模组,以同一时间找到IGCR1紊乱后RAG读取提高至IgH近尾端VH区内可定义从而导致近尾端VH都有是VH81X基因组的亚胺急剧升高,那么在此系统化上紊乱了cohesin会怎样呢?学者找到Rad21甲醛依然大部份抑止了所有提高了的近尾端VH-to-DJH亚胺,同时也连续不断增大了大部份所有的D-to-JH亚胺,再进一步一次,只有DQ52亚胺即便如此都能再进一步次发生。相对于应以的,Rad21甲醛同时抑止了IgH质子化所有的肌动激酶马蹄形结构上,仅限于由于IGCR1紊乱而导致的相当程度提高了的RC与近尾端VH密切关系的马蹄形相互起到。这些结果合作确有cohesin极有确有通过其游离的肌动激酶马蹄形先用游离了RAG读取所分派的D-to-JH和近尾端VH-to-DJH亚胺全过程。

除了近尾端VH基因组,数百个可分派VH基因组是如何近似于RAG而再进一步次发生中距离亚胺呢?长期以来以来人们推测可分派VH确有通过一种IgH固有的“质子化紧缩”(physical locus contraction)全过程顺利进行亚胺。在该基本概念中都,可分派VH质子化以某种不得而知必要近似于并紧靠RAG富集的亚胺中都心从而使得每个VH基因组以随机扩散的方式则近似于RAG而亚胺。由于不够确切的必要支柱,该基本概念长期以来处于推论阶段。本文学者推测相对于于该随机扩散基本概念,与D和近尾端VH基因组亚胺类似,可分派VH基因组确有也是通过一维RAG肌动激酶读取全过程得以近似于RAG而完成亚胺。那么如何证明这一点呢?学者无视了一个巧妙的方针。

学者首先顺利进行了坦率费马:在VH区内可定义,除了数百个VH基因组外还大多存在着数量相当多的CTCF相辅相成模组CBEs;近尾端VH比邻CBE在RAG读取全过程中都除了都能提高与其比邻的VH对于RAG的accessibility从而提高其亚胺能力,还额外阻延了RAG大幅度读取其上游的其它近尾端VH进而消散了其亚胺潜质;虽然相当多可分派VH基因组密切关系的CBE的实际功能尚未可知,但这些CBE到底与近尾端CBE类似都能逐步阻延RAG上游读取全过程,从而主因整个可分派VH的亚胺想像力?大幅度相辅相成他们的找到,其确有与人体内情况下同一时间体B肝细胞相对于,其衍生出来的v-Abl肝细胞系只能顺利进行少量的近尾端VH亚胺,而必须顺利进行可分派VH亚胺;都可的,该肝细胞系中都IgH亚胺中都心丢失了与可分派VH质子化的马蹄形结构上互作,而只大多存在少量与近尾端VH质子化的互作。其或许长期以来不得而知,如果这是由于相当多CBE对马蹄形先用游离的RAG一维读取的阻延震荡所导致的,那么抑制或转化成所有这些CBE,是不是就能重新游离可分派VH的亚胺?

为了证明这一点,学者在v-Abl肝细胞系构建了CTCF-degron甲醛经济体制。移除auxin在结构上上技术水平上快速甲醛CTCF后,ChIP-seq确认CTCF 甲醛抑止或相当程度持续上升了CTCF本身以及cohesin在核苷酸仅限于IgH上大部份CBE质子化的相辅相成;引人注目的是,仍有一些CBE质子化被得以无论如何甲醛而“残留的”CTCF激酶相辅相成,尤其是那些处于可分派VH区内可定义不具相对于于RNA活功能性的质子化。被游离甲醛后CTCF在肌动激酶技术水平上的非均一的相辅相成变既有确有总结了相异CBE质子化自身的CTCF相辅相成活功能性、局部肌动激酶马蹄形境或其它不得而知主因。大幅度的GRO-seq确认CTCF甲醛并未清高着主因IgH亚胺中都心和VH尤其可分派VHRNA,也未主因任何据信确有作准备肌动激酶相互起到和V(D)J亚胺的系数的RNA,确有CTCF甲醛后的肝细胞即便如此不具VH尤其可分派VH亚胺的想像力。紧接着,学者通过3C-HTGTS找到,极其引人注目的是,CTCF甲醛浓烈无论如何了v-Abl肝细胞系所丢失的RAG所在亚胺中都心和大部份整个可分派VH区内可定义的肌动激酶马蹄形结构上互作,并且与人体内情况下同一时间体肝细胞内的互作相对于于类似,确有CTCF甲醛后IgH质子化的肌动激酶马蹄形先用丧失起到到可分派VH区内可定义。那么都可的,可分派VH到底也无论如何了亚胺能力呢?

答案是肯定的!学者大幅度检查了V(D)J亚胺变既有,找到CTCF甲醛极其清高着地、甚至有时相当程度地游离了绝大部份VH,仅限于可分派VH的亚胺能力,并且与人体内情况下同一时间体B肝细胞相对于,虽然这不100%确切,CTCF甲醛后的v-Abl肝细胞系即便如此展示出出结构上上上极其类似的VH亚胺频率和模式。都可的,CTCF甲醛后的v-Abl肝细胞系在VHDJH和DJH亚胺的相对于%上清高着上升并极其近似于情况下人体内同一时间体B肝细胞中都的值,确有VH亚胺在结构上上技术水平上也确有相当程度提高了。另外,学者还通过比对RAG游离的off-target研磨活功能性找到只有在CTCF甲醛后的肝细胞中都RAG才高频研磨了整个VH区内可定义不具特定顺时针的off-target质子化,大幅度支持者了CTCF敲除使得RAG读取都能起到于整个VH区内可定义从而游离可分派VH亚胺的结论。

此外,学者还大幅度研究课题了CTCF-degron经济体制建立全过程中都造成的其它下方基态的肝细胞系中都可分派VH亚胺与CTCF激酶技术水平以及潜在活功能性密切关系的父子关系:找到CTCF C尾端插入游离甲醛的AID-GFP模组清高着增高了CTCF激酶技术水平,都可的可分派VH开始再进一步次发生亚胺;并不需要auxin妥善处理的CTCF-degron经济体制大多存在leaky CTCF甲醛,使得CTCF激酶技术水平大幅度增高,都可的可分派VH亚胺程度较低;大幅度的auxin妥善处理大部份甲醛了结构上上CTCF激酶技术水平,都可的可分派VH亚胺更加连续不断。这些结果确有可分派VH亚胺对于CTCF激酶技术水平以及潜在的活功能性的变既有敏感功能性,即后者的持续上升对于游离RAG读取可分派VH游离其亚胺不具最重要的朝著起到。最后,大幅度通过示范各种组学数据顺利进行更精巧的比对,学者确信在CTCF活功能性持续上升全过程中都VH的亚胺确有受到残留CTCF相辅相成质子化以及VHRNA技术水平的主因,从而阐明了在进既有上人体内相异VH可定义确有无视了相异的方针保证各VH的亚胺想像力。

基于上述科学实验找到和比对,学者最后确切指出了cohesin和CTCF作准备的肌动激酶马蹄形先用游离的RAG读取顺利进行VH基因组亚胺的基本概念,并确信在人体内B肝细胞最初发育全过程中都大多存在必要管控CTCF/CBE阻延物活功能性、或者通过管控cohesin等其它马蹄形先用系数活功能性从而间接解决CTCF/CBE的阻延震荡从而无需cohesin游离的马蹄形先用全过程动力RAG读取整个VH区内可定义而实现VH的亚胺。

总体而言,该研究课题坦率假设并设计者和无视了巧妙的科学实验方针不仅总括了cohesin游离的马蹄形先用全过程在RAG读取全过程中都的最重要动力起到,并且第一次阐明对单个CTCF激酶技术水平的管控可以游离长距离VH亚胺全过程。据我们明了获知,该管理工作在评审委员全过程中都受到多位审稿人的相对于于评价,审稿人不仅肯定了其在特异功能性非对称区内多样既有必要疑问上提供者了“clear and sharp answer”,还肯定了其找到对于更大多的核苷酸肌动激酶结构上及基因组RNA的闭马蹄形同样不具最重要的意义。审稿人必要曾说:“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,比这一段话迟至投稿并发送到最近在Nature在线发表书评的另一篇研究课题书评阐明人体内同一时间体B肝细胞中都cohesin肌动激酶相辅相成活功能性的负管控系数Wapl的RNA技术水平与IgH质子化长距离肌动激酶相互起到以及VH亚胺负相关,并大幅度找到WaplRNA技术水平持续上升的同一时间体B肝细胞中都cohesin在肌动激酶上的停留时间上升(详见BioArt报道:Nature | 粘连激酶拘押系数Wapl作出贡献V基因组亚胺的必要)。以同一时间在多种其它肝细胞中都已确认Wapl技术水平持续上升都能结构上上上通过加长cohesin肌动激酶停留时间从而解决聚在一起排列CBE模组对马蹄形先用全过程的阻延震荡从而加长肌动激酶马蹄形结构上可定义。基于此,该书评确信人体内同一时间体B肝细胞通过在RNA技术水平上调低Wapl从而作出贡献IgH质子化马蹄形先用游离的VH基因组亚胺。阐明上来,这两一段话从相异角度能用相异方针再度阐明了一个内在统一的特异功能性重链V基因组亚胺的最重要必要。

早期出处:

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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