Nature:巴钊庆博士等揭示抗体重链V基因重排的重要选择性

2021-12-06 00:03:26 来源:
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今年侵扰全球的新HG冠状病毒所激起的重大疫情不仅将实证推到了开发新抗生素和用药适度脂质质的前所沿,也在公众中的再进一步次科普了“抗生素”“脂质质检验”“中的和适度脂质质”等专业名词及其其实无穷无尽的坚实自然科学研究知识。作为体液免疫的举足轻重蛋白质物理现象分子结构之一,脂质质在人体识别和抑止细菌、病毒等菌类侵染反复中的起着举足轻重起到。

脂质质作为分泌HG的脂质质(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴细胞但会转化,是由4组配对的重链(IgH)和轻链(IgL)经二硫键连接相关联的YHG蛋白质复合体。IgH和IgL分别身兼具高适度能北区和瞬时北区,其中的高适度能北区特异适度识别和融合抗原。高适度能北区的编码DNA由V(D)J中的间体(V(D)J recombination)化学反可不造成。以IgH启动子为例,在人和肠道DNA组中的IgH启动子贯穿数百万碱基对(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个JDNA器件以及近乎多平衡序列组成。在前所体B淋巴细胞但会(progenitor B cell, 缩写pro-B)发育反复中的,V(D)J中的间体化学反可不通过RAG内切底物催化反可不折断一个DDNA和一个J DNA器件进而通过非相合重组末侧连接(NHEJ)梯度连接折断器件从而成HGDJH中的间转化,接着再进一步经过RAG 和NHEJ催化反可不折断和连接一个VHDNA到DJH中的间转化上,终于成HG一段完整的IgH高适度能北区编码DNAVHDJH。V(D)J中的间体化学反可不转化大量高适度能北区编码DNA库是相关联脂质质动植物的举足轻重分子结构坚实之一。

V(D)J中的间体化学反可不中的数量近乎多的V、D、JDNA器件如何被RAG内切底物识别和大块从而如此一来参与转化十分多样化的高适度能北区编码DNA库是一个或多或少且引人入胜的内部疑问。尽管很多研究课题从(表观)遗传学角度阐述了制约V(D)J中的间体的多种原因,但是这一中的间体反复具体内容是如何时有发生的近乎为可能。

相比于人们几乎可推测的基于随机渗入的中的间体反复,近几年来霍华德·亨特自然科学研究课题所(HHMI)、麻省理工学院的大学(HMS)和新奥尔良诊所(BCH)的Frederick W. Alt美国科学院实验室室通过一系列社会活动暗示V(D)J中的间体化学反可不很可能是通过RAG丝氨酸清高像(RAG chromatin scanning)的线适度化仿真执行者的。该实验室室前所期开创适度地推断出RAG身兼具线适度化“”(tracking)和大块DNA组身兼具特定侧向的off-target序列的活适度,并且该活适度全邻接与但的会HG(convergent)CTCF融合器件(CTCF-binding element, CBE)成HG的DNA组环中的状结构上邻接(loop domain)吻合。紧接着,该实验室室通过研究课题一类位处肠道IgH启动子D后侧VHDNA河口紧邻的CBE的系统时全面驳斥了或许基于丝氨酸环中的穿孔(loop extrusion)的系统的RAG丝氨酸清高像的线适度化仿真,该仿真并能很好的解释后侧VH-to-DJH的中的间体反复以及该反复中的CBE的举足轻重起到。该实验室室随后刊出的另一篇篇名通过一系列实验室暗示该仿真也很好解释了生物体上的封禁适度D-to-JH中的间体疑问,并全面暗示丝氨酸环中的穿孔在该中的间体反复中的起到举足轻重起到。然而,有关RAG丝氨酸清高像的社会活动的系统以及更举足轻重的近乎多分隔于Mb外的可执行者VDNA是如何中的间体的等疑问始终不可能。

2020年7翌年27日,来自霍华德·亨特自然科学研究课题所(HHMI)、麻省理工学院的大学(HMS)和新奥尔良诊所(BCH)的Frederick W. Alt美国科学院以及国立肥胖症研究课题所(NIH)的Rafael Casellas系主任团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview形式该网站刊出了篇名“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的研究课题篇名(巴钊庆芝加哥大学为本文第一作者身兼都由通讯系统设计作者,娄江曼芝加哥大学为都由一作)。该篇名阐述了穿孔黏蛋白质cohesin特异适度的丝氨酸环中的穿孔传动装置IgH启动子线适度迁往从而获取RAG清高像的底物,并且阐述了CTCF在该的系统大幅提高控可执行者VH中的间体中的的举足轻重起到,由此为该领邻接或多或少的一个内部疑问获取了新的见解。

为了研究课题RAG丝氨酸清高像的传动装置力疑问,实证可推测cohesin或许是一个举足轻重生物体。为了断言此观点,研究课题管理人员换用了肠道灵魂化的v-Abl pro-B细胞但会系。该细胞但会系经抑止后能长期稳定共存于细胞但会周期的G1期,能大量触发RAG特异适度的D-to-JH中的间体、少量触发后侧而几乎不必触发可执行者的VH-to-DJH中的间体。之后所在该细胞但会系的研究课题表明了其时有发生的D-to-JH和后侧VH-to-DJH正是通过RAG清高像特异适度的,那么在该细胞但会系中的除去cohesin但会怎样呢?实证采用生长素抑止蛋白质副转化元(auxin-inducible degron, AID)手段在该细胞但会系中的都构建了cohesin复合物举足轻重生物体Rad21的AID副转化框架(Rad21-degron),通过掺入auxin加速副转化Rad21。紧接着,实证通过ChIP-seq表明了全DNA组仅限于IgH启动子cohesin的融合几乎全部消失,而IgH 启动子基因传达活适度以及推断的丝氨酸互作及V(D)J中的间体前提DNA的基因传达或传达外从未清高着变异。实证进而通过巴钊庆芝加哥大学之后所开发新的3C-HTGTS推断出反之亦然的IgH启动子上几乎所有的丝氨酸环中的状结构上邻接都消失了,这与之后所在其它类别细胞但会中的的推断出全然一致,即cohesin对于丝氨酸环中的穿孔成HG环中的状结构上邻接是前提的。十分值得一提的是,实证全面通过研究Rad21副转化前所后D-to-JH和后侧VH-to-DJH的变异推断出,Rad21副转化几乎抑止了所有后侧VH-to-DJH中的间体,剧烈减缓了几乎所有的D-to-JH中的间体,除了位处RAG高度氟化物的V(D)J中的间体外围(recombination center, RC)内部的DQ52器件的中的间体。之后所的研究课题暗示,DQ52由于其处于RC的左边其本质,可以通过渗入差不多RAG而时有发生中的间体,因此其中的间体近乎为全然依赖cohesin特异适度的环中的穿孔反复。

为了更好地探究cohesin局限适度的物理现象,研究课题在Rad21-degron系统设计中的都通过CRISPR/Cas9全面敲除了IGCR1器件,之后所推断出IGCR1局限适度后RAG清高像进一步提高至IgH后侧VH北地区从而加剧后侧VH特别是VH81XDNA的中的间体大大大大下降,那么在此坚实上局限适度了cohesin但会怎样呢?实证推断出Rad21副转化几乎几乎抑止了所有进一步提高了的后侧VH-to-DJH中的间体,同时也剧烈减缓了几乎所有的D-to-JH中的间体,再进一步一次,只有DQ52中的间体始终并能时有发生。相比可不的,Rad21副转化同时抑止了IgH启动子所有的丝氨酸环中的状结构上,仅限于由于IGCR1局限适度而加剧的更大进一步提高了的RC与后侧VH错综复杂的环中的状相互起到。这些结果都由暗示cohesin近乎可能通过其特异适度的丝氨酸环中的穿孔特异适度了RAG清高像所执行者的D-to-JH和后侧VH-to-DJH中的间体反复。

除了后侧VHDNA,数百个可执行者VHDNA是如何差不多RAG而时有发生视距中的间体呢?几乎以来人们可推测可执行者VH或许通过一种IgH固有的“启动子增税”(physical locus contraction)反复进行时中的间体。在该仿真中的,可执行者VH启动子以某种并有可能的系统差不多并环中的绕RAG氟化物的中的间体外围从而使得每个VHDNA以随机渗入的方式差不多RAG而中的间体。由于缺少恰当的的系统支柱,该仿真几乎处于理论阶段。本文实证可推测相比于该随机渗入仿真,与D和后侧VHDNA中的间体值得注意,可执行者VHDNA或许也是通过线适度RAG丝氨酸清高像反复力图差不多RAG而完成中的间体。那么如何断言这一点呢?实表明行了一个精妙的手段。

实证首先进行时了直白猜想:在VH北地区,除了数百个VHDNA外还不存在着数量近乎多的CTCF融合器件CBEs;后侧VH比邻CBE在RAG清高像反复中的除了并能进一步提高与其比邻的VH对于RAG的accessibility从而进一步提高其中的间体控制能力,还额外阻截了RAG全面清高像其中游的其它后侧VH进而西移动了其中的间体潜力;虽然近乎多可执行者VHDNA错综复杂的CBE的具体内容系统尚并未可知,但这些CBE可不该与后侧CBE值得注意并能逐步阻截RAG中游清高像反复,从而制约整个可执行者VH的中的间体经验?全面融合他们的推断出,其暗示与肠道正常人前所体B细胞但会相比于,其衍生出来的v-Abl细胞但会系只能进行时少量的后侧VH中的间体,而不必进行时可执行者VH中的间体;反之亦然的,该细胞但会系中的IgH中的间体外围丢弃了与可执行者VH启动子的环中的状结构上互作,而只不存在少量与后侧VH启动子的互作。其或许几乎并有可能,如果这是由于近乎多CBE对环中的穿孔特异适度的RAG线适度清高像的阻截物理现象所加剧的,那么抑止或消除所有这些CBE,是不是就能重新触发可执行者VH的中的间体?

为了验证这一点,实证在v-Abl细胞但会系构建了CTCF-degron副转化框架。掺入auxin在整体而言水准上加速副转化CTCF后,ChIP-seq表明CTCF 副转化抑止或更大大幅提高了CTCF本身以及cohesin在DNA组仅限于IgH上大部分CBE启动子的融合;值得一提的是,仍有一些CBE启动子被并未全然副转化而“存留的”CTCF蛋白质融合,特别是那些处于可执行者VH北地区身兼具高度基因传达活适度的启动子。被抑止副转化后CTCF在丝氨酸水准上的非外一的融合变异或许反映了相异CBE启动子自身的CTCF融合活适度、局部丝氨酸环中的境或其它并有可能原因。全面的GRO-seq表明CTCF副转化不曾清高着制约IgH中的间体外围和VH特别可执行者VH基因传达,也并未制约任何推断或许如此一来参与丝氨酸相互起到和V(D)J中的间体的生物体的基因传达,暗示CTCF副转化后的细胞但会始终身兼具VH特别可执行者VH中的间体的经验。紧接着,实证通过3C-HTGTS推断出,十分值得一提的是,CTCF副转化浓烈为了让了v-Abl细胞但会系所丢弃的RAG所在中的间体外围和几乎整个可执行者VH北地区的丝氨酸环中的状结构上互作,并且与肠道正常人前所体细胞但会内的互作高度值得注意,暗示CTCF副转化后IgH启动子的丝氨酸环中的穿孔恢复起到到可执行者VH北地区。那么反之亦然的,可执行者VH可不该也为了让了中的间体控制能力呢?

谜题是可不有的!实证全面检验了V(D)J中的间体变异,推断出CTCF副转化十分清高着地、甚至有时更大地触发了绝大部分VH,仅限于可执行者VH的中的间体控制能力,并且与肠道正常人前所体B细胞但会相比于,虽然近乎为100%全然一致,CTCF副转化后的v-Abl细胞但会系始终表现出整体而言上十分值得注意的VH中的间体振幅和方式在。反之亦然的,CTCF副转化后的v-Abl细胞但会系在VHDJH和DJH中的间体的相比比率上清高着降低并十分差不多正常人肠道前所体B细胞但会中的的误差,暗示VH中的间体在整体而言水准上也可能更大进一步提高了。另外,实证还通过研究RAG特异适度的off-target大块活适度推断出只有在CTCF副转化后的细胞但会中的RAG才高频大块了整个VH北地区身兼具特定侧向的off-target启动子,全面支持了CTCF敲除使得RAG清高像并能起到于整个VH北地区从而特异适度可执行者VH中的间体的结论。

此外,实证还全面研究课题了CTCF-degron框架建立反复中的造成的其它中的间稳定状态的细胞但会系中的可执行者VH中的间体与CTCF蛋白质水准以及潜在活适度错综复杂的的关系:推断出CTCF C侧插入特异适度副转化的AID-GFP器件清高着降低了CTCF蛋白质水准,反之亦然的可执行者VH开始时有发生中的间体;并私自auxin处理事件的CTCF-degron框架不存在leaky CTCF副转化,使得CTCF蛋白质水准全面降低,反之亦然的可执行者VH中的间体素质极低;全面的auxin处理事件几乎副转化了整体而言CTCF蛋白质水准,反之亦然的可执行者VH中的间体极为剧烈。这些结果暗示可执行者VH中的间体对于CTCF蛋白质水准以及潜在的活适度的变异脆弱,即后者的大幅提高对于触发RAG清高像可执行者VH特异适度其中的间体身兼具举足轻重的诱导起到。仍要,全面通过综合各种组学数据进行时更细致的研究,实证认为在CTCF活适度大幅提高反复中的VH的中的间体或许受到存留CTCF融合启动子以及VH基因传达水准的制约,从而阐述了在演化出上肠道相异VH邻接或许实行了相异的手段保证各VH的中的间体经验。

基于上述实验室推断出和研究,实证仍要驳斥了cohesin和CTCF如此一来参与的丝氨酸环中的穿孔特异适度的RAG清高像进行时VHDNA中的间体的仿真,并认为在肠道B细胞但会早期发育反复中的不存在如此一来平衡CTCF/CBE阻截物活适度、或者通过平衡cohesin等其它环中的穿孔生物体活适度从而间接解决CTCF/CBE的阻截物理现象从而并不需要cohesin特异适度的环中的穿孔反复传动装置RAG清高像整个VH北地区而借助于VH的中的间体。

总体而言,该研究课题直白假设并设计和实行了精妙的实验室手段不仅断定了cohesin特异适度的环中的穿孔反复在RAG清高像反复中的的举足轻重传动装置起到,并且第一次阐述对单个CTCF蛋白质水准的平衡可以触发中的距离VH中的间体反复。据我们认识到得知,该社会活动在评审反复中的受到多位审稿人的赞扬,审稿人不仅可不有了其在脂质质高适度能北区多样化的系统疑问上获取了“clear and sharp answer”,还可不有了其推断出对于更普遍的DNA组丝氨酸结构上及DNA基因传达的平衡某种程度身兼具举足轻重的意义。审稿人如此一来说道:“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,比这篇篇名稍早投稿并接收最近在Nature该网站刊出的另一篇研究课题篇名阐述肠道前所体B细胞但会中的cohesin丝氨酸融合活适度的负平衡生物体Wapl的基因传达水准与IgH启动子中的距离丝氨酸相互起到以及VH中的间体负相关,并全面推断出Wapl基因传达水准大幅提高的前所体B细胞但会中的cohesin在丝氨酸上的停留时间降低(则有BioArt媒体报道:Nature | 穿孔连蛋白质拘押生物体Wapl加强VDNA中的间体的的系统)。之后所在多种其它细胞但会中的已表明Wapl水准大幅提高并能整体而言上通过缩减cohesin丝氨酸停留时间从而解决但的会排列CBE器件对环中的穿孔反复的阻截物理现象从而缩减丝氨酸环中的状结构上邻接。基于此,该篇名认为肠道前所体B细胞但会通过在基因传达水准上调低Wapl从而加强IgH启动子环中的穿孔特异适度的VHDNA中的间体。归纳起来,这两篇篇名从相异角度利用相异手段终于阐述了一个内在统一的脂质质重链VDNA中的间体的举足轻重的系统。

许多现代记事:

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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