Nature:巴钊庆博士等揭示抗体重链V基因聚合反应的重要机制

2021-12-20 02:54:27 来源:
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月份肆虐全球的新型式冠状大肠杆菌所引发的重大疫情不仅将深入研究者带起了开发疫苗和治疗性血清的基础性,也在公众中都再次科普了“疫苗”“血清检测”“中都和性血清”等专业名词及其暗藏蕴含的基础生物学知识。作为体液免疫的最重要受体现像当分子结构上之一,血清在消化系统识别和诱发细菌、大肠杆菌等病原菌侵染反复中都起着最重要诱发作用。

血清作为分泌型式的免疫球受体(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴细胞膜生成,是由两组配对的重链(IgH)和轻链(IgL)经二硫键联接构成的Y型式受体复合体。IgH和IgL分别很强非对称的区和下都的区,其中都非对称的区特异性识别和紧密结合蛋白质。非对称的区的区块遗传由V(D)J聚合自由基当(V(D)J recombination)自由基当产生。以IgH核糖体为例,在人和果蝇遗传组中都IgH核糖体跨越数百万遗传物质(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个J遗传线圈以及一大调控核苷酸组成。在前体B淋巴细胞膜(progenitor B cell, 简称pro-B)发育反复中都,V(D)J聚合自由基当自由基当通过RAG内切酶催化挤压一个D遗传和一个J 遗传线圈进而通过非同源重组末端联接(NHEJ)路径联接挤压线圈从而演化成DJH中都间中间体,接着再经过RAG 和NHEJ催化挤压和联接一个VH遗传到DJH中都间中间体上,再度演化成一段完整的IgH非对称的区区块遗传VHDJH。V(D)J聚合自由基当自由基当生成大量非对称的区区块遗传库是构成血清多样性的最重要分子结构上基础之一。

V(D)J聚合自由基当自由基当中都为数一大的V、D、J遗传线圈如何被RAG内切酶识别和挤压从而投身于生成相当多样化的非对称的区区块遗传库是一个长期不存在且有趣的核心缺陷。尽管很多研究者从(表观)遗传学角度探究了阻碍V(D)J聚合自由基当的多种内层境因素,但是这一聚合自由基当反复说明是如何起因的并不似乎。

相较于人们仍然猜测的基于随机散播的聚合自由基当反复,近些年来霍华德·休斯医学研究者所(HHMI)、哈佛学院(HMS)和纽约市该医院(BCH)的Frederick W. Alt院士科学研究者室通过一系列管理工作断定V(D)J聚合自由基当自由基当很有确实是通过RAG肝细胞膜夙影(RAG chromatin scanning)的标量化假设执行者的。该科学研究者室后期开创性地找到RAG很强标量化“”(tracking)和挤压遗传组很强特定方向的off-target核苷酸的活性,并且该活性全域与叫做型式(convergent)CTCF紧密结合线圈(CTCF-binding element, CBE)演化成的遗传组内内层结构上域(loop domain)吻合。紧接着,该科学研究者室通过研究者一类位于果蝇IgH核糖体D腹腔VH遗传下游紧邻的CBE的机制时实质性提出了确实基于肝细胞膜内层除去(loop extrusion)程序的RAG肝细胞膜夙影的标量化假设,该假设能够很好的解释腹腔VH-to-DJH的聚合自由基当反复以及该反复中都CBE的最重要诱发作用。该科学研究者室随后刊登的另一篇一段话通过一系列科学研究者断定该假设也很好解释了生理上的删除性D-to-JH聚合自由基当缺陷,并实质性断定肝细胞膜内层除去在该聚合自由基当反复中都起到最重要诱发作用。然而,有关RAG肝细胞膜夙影的管理工作程序以及更为最重要的一大重叠于Mb以外的后端V遗传是如何聚合自由基当的等缺陷基本上不似乎。

2020年7月27日,来自霍华德·休斯医学研究者所(HHMI)、哈佛学院(HMS)和纽约市该医院(BCH)的Frederick W. Alt院士以及国立健康研究者所(NIH)的Rafael Casellas教授开发团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview基本概念应当用软件刊登了题为“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的研究者一段话(巴钊庆博士为本文第一作者兼共同通讯作者,娄江弗博士为共同一作)。该一段话探究了粘黏受体cohesin触发的肝细胞膜内层除去驱动IgH核糖体标量迁移从而提供RAG夙影的底物,并且探究了CTCF在该程序上调控后端VH聚合自由基当中都的最重要诱发作用,由此为该各个领域长期不存在的一个核心缺陷提供了新的见解。

为了研究者RAG肝细胞膜夙影的驱动力缺陷,深入研究者猜测cohesin确实是一个最重要系数。为了断定此观点,研究者执法人员制做了果蝇永生化的v-Abl pro-B细胞膜系。该细胞膜系经诱导后能长期稳定生存于有丝分裂的G1期,能大量触发RAG触发的D-to-JH聚合自由基当、少量触发腹腔而仅仅不用触发后端的VH-to-DJH聚合自由基当。以前在该细胞膜系的研究者表明了其起因的D-to-JH和腹腔VH-to-DJH正是通过RAG夙影触发的,那么在该细胞膜系中都除去cohesin会怎样呢?深入研究者换用GABA诱导受体水解元(auxin-inducible degron, AID)战略在该细胞膜系从前借助于了cohesin复合物最重要系数Rad21的AID水解体制(Rad21-degron),通过加进auxin较快水解Rad21。紧接着,深入研究者通过ChIP-seq表明了全遗传组以外IgH核糖体cohesin的紧密结合仅仅全部消失,而IgH 核糖体基因表达活性以及已知的肝细胞膜互作及V(D)J聚合自由基当须要遗传的基因表达或表达大多没有夙着巨大变化。深入研究者进而通过巴钊庆博士以前开发的3C-HTGTS找到除此以外当的IgH核糖体上仅仅所有的肝细胞膜内内层结构上域都消失了,这与以前在其它特性细胞膜中都的找到一致,即cohesin对于肝细胞膜内层除去演化成内内层结构上域是须要的。相当稀奇的是,深入研究者实质性通过分析Rad21水解前后D-to-JH和腹腔VH-to-DJH的巨大变化找到,Rad21水解仅仅诱发了所有腹腔VH-to-DJH聚合自由基当,连续不断下降了仅仅所有的D-to-JH聚合自由基当,除了位于RAG相较于富含的V(D)J聚合自由基当中都心(recombination center, RC)内外的DQ52线圈的聚合自由基当。以前的研究者断定,DQ52由于其保持稳定RC的右边特殊性,可以通过散播相似RAG而起因聚合自由基当,因此其聚合自由基当并不完全依赖cohesin触发的内层除去反复。

为了更为好地探究cohesin其会的现像当,研究者在Rad21-degron系统从前通过CRISPR/Cas9实质性敲除了IGCR1线圈,以前找到IGCR1其会后RAG夙影加强至IgH腹腔VH的全域从而导致腹腔VH除此以外是VH81X遗传的聚合自由基当大大升高,那么在此新其会了cohesin会怎样呢?深入研究者找到Rad21水解仍然仅仅诱发了所有加强了的腹腔VH-to-DJH聚合自由基当,同时也连续不断下降了仅仅所有的D-to-JH聚合自由基当,再一次,只有DQ52聚合自由基当基本上能够起因。相较应当的,Rad21水解同时诱发了IgH核糖体所有的肝细胞膜内内层结构上,以外由于IGCR1其会而导致的相当程度加强了的RC与腹腔VH密切关系的内内层相互诱发作用。这些结果共同断定cohesin极有确实通过其触发的肝细胞膜内层除去触发了RAG夙影所执行者的D-to-JH和腹腔VH-to-DJH聚合自由基当反复。

除了腹腔VH遗传,数百个后端VH遗传是如何相似RAG而起因距离远距离聚合自由基当呢?仍然以来人们猜测后端VH确实通过一种IgH固有的“核糖体紧缩”(physical locus contraction)反复展开聚合自由基当。在该假设中都,后端VH核糖体以某种推断出程序相似并内层绕RAG富含的聚合自由基当中都心从而使得每个VH遗传以随机散播的方式相似RAG而聚合自由基当。由于缺乏明确的程序支撑,该假设仍然保持稳定假说阶段。本文深入研究者猜测相较于该随机散播假设,与D和腹腔VH遗传聚合自由基当相似,后端VH遗传确实也是通过标量RAG肝细胞膜夙影反复得以相似RAG而完成聚合自由基当。那么如何断定这一点呢?深入研究者规避了一个大胆的战略。

深入研究者首先展开了大胆猜想:在VH的全域,除了数百个VH遗传外还不存在着为数一大的CTCF紧密结合线圈CBEs;腹腔VH邻近CBE在RAG夙影反复中都除了能够加强与其邻近的VH对于RAG的accessibility从而加强其聚合自由基当能力,还额外迟滞了RAG实质性夙影其上游的其它腹腔VH进而弱化了其聚合自由基当潜力;虽然一大后端VH遗传密切关系的CBE的说明机制尚未可知,但这些CBE是否与腹腔CBE相似能够逐步迟滞RAG上游夙影反复,从而阻碍整个后端VH的聚合自由基当潜能?实质性紧密结合他们的找到,其断定与果蝇但会前体B细胞膜相比,其共通出来的v-Abl细胞膜系只能展开少量的腹腔VH聚合自由基当,而不用展开后端VH聚合自由基当;除此以外当的,该细胞膜系中都IgH聚合自由基当中都心丢失了与后端VH核糖体的内内层结构上互作,而只不存在少量与腹腔VH核糖体的互作。其原因仍然推断出,如果这是由于一大CBE对内层除去触发的RAG标量夙影的迟滞现像当所导致的,那么诱发或去除所有这些CBE,究竟就能重新触发后端VH的聚合自由基当?

为了实验者这一点,深入研究者在v-Abl细胞膜系借助于了CTCF-degron水解体制。加进auxin在适度技术水平上较快水解CTCF后,ChIP-seq表明CTCF 水解诱发或相当程度上调了CTCF本身以及cohesin在遗传组以外IgH上大部分CBE核糖体的紧密结合;稀奇的是,仍有一些CBE核糖体被仍未完全水解而“残留的”CTCF受体紧密结合,尤其是那些保持稳定后端VH的全域很强相较于基因表达活性的核糖体。被诱导水解后CTCF在肝细胞膜技术水平上的非大多一的紧密结合巨大变化确实解读了相同CBE核糖体自身的CTCF紧密结合活性、发散肝细胞膜内层境或其它推断出内层境因素。实质性的GRO-seq表明CTCF水解并未夙着阻碍IgH聚合自由基当中都心和VH尤其后端VH基因表达,也未阻碍任何已知确实投身于肝细胞膜相互诱发作用和V(D)J聚合自由基当的系数的基因表达,断定CTCF水解后的细胞膜基本上很强VH尤其后端VH聚合自由基当的潜能。紧接着,深入研究者通过3C-HTGTS找到,相当稀奇的是,CTCF水解强烈回复了v-Abl细胞膜系所丢失的RAG所在聚合自由基当中都心和仅仅整个后端VH的全域的肝细胞膜内内层结构上互作,并且与果蝇但会前体细胞膜内的互作相较于相似,断定CTCF水解后IgH核糖体的肝细胞膜内层除去恢复诱发作用到后端VH的全域。那么除此以外当的,后端VH是否也回复了聚合自由基当能力呢?

答案是无疑的!深入研究者实质性检测了V(D)J聚合自由基当巨大变化,找到CTCF水解相当夙肩膀、甚至有时相当程度地触发了绝大部分VH,以外后端VH的聚合自由基当能力,并且与果蝇但会前体B细胞膜相比,虽然并不100%一致,CTCF水解后的v-Abl细胞膜系基本上表现出适度上相当相似的VH聚合自由基当频率和模式。除此以外当的,CTCF水解后的v-Abl细胞膜系在VHDJH和DJH聚合自由基当的相较千分之上夙着增加并相当相似但会果蝇前体B细胞膜中都的数值,断定VH聚合自由基当在适度技术水平上也确实相当程度加强了。另外,深入研究者还通过分析RAG触发的off-target挤压活性找到只有在CTCF水解后的细胞膜中都RAG才高频挤压了整个VH的全域很强特定方向的off-target核糖体,实质性全力支持了CTCF敲除使得RAG夙影能够诱发作用于整个VH的全域从而触发后端VH聚合自由基当的结论。

此外,深入研究者还实质性研究者了CTCF-degron体制创建反复中都产生的其它中都间态的细胞膜系中都后端VH聚合自由基当与CTCF受体技术水平以及潜在活性密切关系的关系:找到CTCF C端插入触发水解的AID-GFP线圈夙着下降了CTCF受体技术水平,除此以外当的后端VH开始起因聚合自由基当;未经auxin处理的CTCF-degron体制不存在leaky CTCF水解,使得CTCF受体技术水平实质性下降,除此以外当的后端VH聚合自由基当程度更为高;实质性的auxin处理仅仅水解了适度CTCF受体技术水平,除此以外当的后端VH聚合自由基当更为加连续不断。这些结果断定后端VH聚合自由基当对于CTCF受体技术水平以及潜在的活性的巨大变化敏感性,即后者的上调对于触发RAG夙影后端VH触发其聚合自由基当很强最重要的诱导诱发作用。最后,实质性通过中心等各种组学资料展开更为细致的分析,深入研究者指出在CTCF活性上调反复中都VH的聚合自由基当确实受到残留CTCF紧密结合核糖体以及VH基因表达技术水平的阻碍,从而探究了在进化上果蝇相同VH域确实规避了相同的战略保证各VH的聚合自由基当潜能。

基于上述科学研究者找到和分析,深入研究者最后提出了cohesin和CTCF投身于的肝细胞膜内层除去触发的RAG夙影展开VH遗传聚合自由基当的假设,并指出在果蝇B细胞膜早期发育反复中都不存在并不需要调控CTCF/CBE迟滞物活性、或者通过调控cohesin等其它内层除去系数活性从而间接借助CTCF/CBE的迟滞现像当从而允许cohesin触发的内层除去反复驱动RAG夙影整个VH的全域而意味着VH的聚合自由基当。

总体而言,该研究者大胆假设并建筑设计和规避了大胆的科学研究者战略不仅确证了cohesin触发的内层除去反复在RAG夙影反复中都的最重要驱动诱发作用,并且第一次探究对单个CTCF受体技术水平的调控可以触发长距离VH聚合自由基当反复。据我们了解得知,该管理工作在评审反复中都受到多位审稿人的相较于评价,审稿人不仅无疑了其在血清非对称的区多样化程序缺陷上提供了“clear and sharp answer”,还无疑了其找到对于更为普遍的遗传组肝细胞膜结构上及遗传基因表达的调节同样很强最重要的涵义。审稿人并不需要写道:“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.”

例外的是,比这篇一段话稍早写稿并接收最近在Nature应当用软件刊登的另一篇研究者一段话探究果蝇前体B细胞膜中都cohesin肝细胞膜紧密结合活性的但球队调控系数Wapl的基因表达技术水平与IgH核糖体长距离肝细胞膜相互诱发作用以及VH聚合自由基当但球队相关,并实质性找到Wapl基因表达技术水平上调的前体B细胞膜中都cohesin在肝细胞膜上的行程增加(详见BioArt报道:Nature | 粘连受体特赦系数Wapl促进V遗传聚合自由基当的程序)。以前在多种其它细胞膜中都已表明Wapl技术水平上调能够适度上通过拉长cohesin肝细胞膜行程从而借助叫做分列CBE线圈对内层除去反复的迟滞现像当从而拉长肝细胞膜内内层结构上域。基于此,该一段话指出果蝇前体B细胞膜通过在基因表达技术水平上调低Wapl从而促进IgH核糖体内层除去触发的VH遗传聚合自由基当。总结起来,这两篇一段话从相同角度利用相同战略再度探究了一个内在统一的血清重链V遗传聚合自由基当的最重要程序。

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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