Nature:巴钊庆博士等揭示抗体重链V遗传重排的重要机制

2022-01-17 02:54:00 来源:
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今年侵扰全球的新同型冠状病毒所引致的重大事件疫情不仅将学者带向了整合狂犬病和化疗开放性HIV的前所沿,也在社会公众中所便次科普了“狂犬病”“HIV检测”“中所和开放性HIV”等专业名词及其犹如蕴含的基石免疫学知识。作为体液免疫的极其重要复合物现像底物之一,HIV在消化道辨别和去除细菌、病毒等病原菌侵染现实生活中所起着极其重要依赖开放性。

HIV作为黏液同型的免疫球复合物(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴复合物依赖开放性于,是由两组配对的重链(IgH)和核酸(IgL)经底物连通构成的Y同型复合物一个大。IgH和IgL分别较强MA一区和恒定一区,其中所MA一区特异开放性辨别和相辅相成抗原。MA一区的编码方式开放性状由V(D)J烷基化(V(D)J recombination)重排消除。以IgH基因座为例,在人和激素开放性状组中所IgH基因座跨越数百万碱基对(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个J开放性状电子元件以及不乏基因表达核酸组成。在前所体B淋巴复合物(progenitor B cell, 全称pro-B)发育现实生活中所,V(D)J烷基化重排通过RAG内切复合物催化塌陷一个D开放性状和一个J 开放性状电子元件进而通过非同源重组末尾端连通(NHEJ)梯度连通塌陷电子元件从而逐步形成DJH中所间副产品,接着便经过RAG 和NHEJ催化塌陷和连通一个VH开放性状到DJH中所间副产品上,最终逐步形成一段完整的IgHMA一区编码方式开放性状VHDJH。V(D)J烷基化重排依赖开放性于大量MA一区编码方式开放性状库是构成HIV多样开放性的极其重要底物基石之一。

V(D)J烷基化重排中所数量不乏的V、D、J开放性状电子元件如何被RAG内切复合物辨别和接合从而参与依赖开放性于颇为多样化的MA一区编码方式开放性状库是一个长期存在且令人惊叹的一个中心疑虑。尽管很多数据分析从(表观)遗传学角度阐述了不良影响V(D)J烷基化的多种原因,但是这一烷基化现实生活确切是如何暴发的颇为清楚。

相对于人们以前可推测的基于随机散播的烷基化现实生活,近年来戴维斯·休斯自然科学数据分析所(HHMI)、哈佛自然科学院(HMS)和纽约儿童医院(BCH)的Frederick W. Alt院士科学麻省理工学院通过一系列工作声称V(D)J烷基化重排很有不太可能是通过RAG细胞器扫瞄(RAG chromatin scanning)的一维化建模监督的。该科学麻省理工学院前所期开创开放性地可推测RAG较强一维化“”(tracking)和接合开放性状组较强特定方向的off-target核酸的活开放性,并且该活开放性范围与聚在一起同型(convergent)CTCF相辅相成电子元件(CTCF-binding element, CBE)逐步形成的开放性状组环中状在结构上如前所述(loop domain)完全一致。紧接着,该科学麻省理工学院通过数据分析一类坐落激素IgH基因座D腹腔VH开放性状下游紧邻的CBE的功能时必要开放性提出有了不太可能基于细胞器环中穿孔(loop extrusion)必要的RAG细胞器扫瞄的一维化建模,该建模都能很好的说明了腹腔VH-to-DJH的烷基化现实生活以及该现实生活中所CBE的极其重要依赖开放性。该科学麻省理工学院随后刊载的另一篇书评通过一系列科学实验声称该建模也很好说明了了生理上的删除开放性D-to-JH烷基化疑虑,并必要开放性声称细胞器环中穿孔在该烷基化现实生活中所持久极其重要依赖开放性。然而,有关RAG细胞器扫瞄的工作必要以及更极其重要的不乏分隔于Mb以外的启动时V开放性状是如何烷基化的等疑虑依然不清楚。

2020年7同年27日,来自戴维斯·休斯自然科学数据分析所(HHMI)、哈佛自然科学院(HMS)和纽约儿童医院(BCH)的Frederick W. Alt院士以及国立健康数据分析所(NIH)的Rafael Casellas名誉教授团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview基本上因特网刊载了题为“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的数据分析书评(巴钊庆Dr为本文第一创作者兼合作通讯创作者,娄江特Dr为合作一作)。该书评阐述了垫黏复合物cohesin特异开放性的细胞器环中穿孔驱动IgH基因座一维迁移从而以外RAG扫瞄的残基,并且阐述了CTCF在该必要调高控启动时VH烷基化中所的极其重要依赖开放性,由此为该领如前所述长期存在的一个一个中心疑虑以外了最初看法。

为了数据分析RAG细胞器扫瞄的驱动力疑虑,学者可推测cohesin不太可能是一个极其重要特异开放性。为了断言此观点,数据分析医护人员选取了激素炼狱化的v-Abl pro-B复合物系。该复合物系经诱导后能长期平稳生存于复合物周期的G1期,能大量启动时RAG特异开放性的D-to-JH烷基化、少量启动时腹腔而几乎不能启动时启动时的VH-to-DJH烷基化。以后所在该复合物系的数据分析属实了其暴发的D-to-JH和腹腔VH-to-DJH正是通过RAG扫瞄特异开放性的,那么在该复合物系中所除去cohesin会怎样呢?学者改用生长素诱导复合物代谢元(auxin-inducible degron, AID)方式而在该复合物系那时候框架了cohesin亚基极其重要特异开放性Rad21的AID代谢体系(Rad21-degron),通过去掉auxin加速代谢Rad21。紧接着,学者通过ChIP-seq属实了全开放性状组以外IgH基因座cohesin的相辅相成几乎全部遗忘,而IgH 基因座特异开放性活开放性以及已知的细胞器互作及V(D)J烷基化所需开放性状的特异开放性或表达之外没有祚着转变。学者进而通过巴钊庆Dr以后所整合的3C-HTGTS可推测具体来说的IgH基因座上几乎所有的细胞器环中状在结构上如前所述都遗忘了,这与以后所在其它类同型复合物中所的可推测一致,即cohesin对于细胞器环中穿孔逐步形成环中状在结构上如前所述是所需的。颇为引人注目的是,学者必要开放性通过数据分析Rad21代谢前所后D-to-JH和腹腔VH-to-DJH的转变可推测,Rad21代谢几乎去除了所有腹腔VH-to-DJH烷基化,剧烈减少了几乎所有的D-to-JH烷基化,除了坐落RAG高度富集的V(D)J烷基化中所心(recombination center, RC)内部的DQ52电子元件的烷基化。以后所的数据分析声称,DQ52由于其始终保持RC的后方特殊开放性,可以通过散播相对于RAG而暴发烷基化,因此其烷基化颇为完全相反cohesin特异开放性的环中穿孔现实生活。

为了更好地探究cohesin缺失的现像,数据分析在Rad21-degron系统那时候通过CRISPR/Cas9必要开放性敲除了IGCR1电子元件,以后所可推测IGCR1缺失后RAG扫瞄必要开放性提高至IgH腹腔VH一区如前所述从而避免腹腔VH特别是VH81X开放性状的烷基化急剧升温,那么在此基石上缺失了cohesin会怎样呢?学者可推测Rad21代谢依然几乎去除了所有必要开放性提高了的腹腔VH-to-DJH烷基化,同时也剧烈减少了几乎所有的D-to-JH烷基化,便一次,只有DQ52烷基化依然都能暴发。相对应的,Rad21代谢同时去除了IgH基因座所有的细胞器环中状在结构上,以外由于IGCR1缺失而避免的前所未有必要开放性提高了的RC与腹腔VH二者之间的环中状相互依赖开放性。这些结果合作声称cohesin极有不太可能通过其特异开放性的细胞器环中穿孔特异开放性了RAG扫瞄所监督的D-to-JH和腹腔VH-to-DJH烷基化现实生活。

除了腹腔VH开放性状,数百个启动时VH开放性状是如何相对于RAG而暴发远距离烷基化呢?以前以来人们可推测启动时VH不太可能通过一种IgH固有的“基因座紧缩”(physical locus contraction)现实生活完成烷基化。在该建模中所,启动时VH基因座以某种不得而知必要相对于并环中绕RAG富集的烷基化中所心从而使得每个VH开放性状以随机散播的方式相对于RAG而烷基化。由于缺乏指明的必要依靠,该建模以前始终保持假说阶段。本文学者可推测相对于该随机散播建模,与D和腹腔VH开放性状烷基化类似,启动时VH开放性状不太可能也是通过一维RAG细胞器扫瞄现实生活得以相对于RAG而完成烷基化。那么如何断言这一点呢?学者应对了一个大胆的方式而。

学者首先完成了犀利猜想:在VH一区如前所述,除了数百个VH开放性状外还存在着数量不乏的CTCF相辅相成电子元件CBEs;腹腔VH中心地带CBE在RAG扫瞄现实生活中所除了都能必要开放性提高与其中心地带的VH对于RAG的accessibility从而必要开放性提高其烷基化能力,还额外阻延了RAG必要开放性扫瞄其上游的其它腹腔VH进而向西移动了其烷基化商业价值;虽然不乏启动时VH开放性状二者之间的CBE的确切功能尚未可知,但这些CBE有否与腹腔CBE类似都能逐步阻延RAG上游扫瞄现实生活,从而不良影响整个启动时VH的烷基化想像力?必要开放性相辅相成他们的可推测,其声称与激素也就是说前所体B复合物相对,其派生出有来的v-Abl复合物系根本无法完成少量的腹腔VH烷基化,而不能完成启动时VH烷基化;具体来说的,该复合物系中所IgH烷基化中所心丢失了与启动时VH基因座的环中状在结构上互作,而只存在少量与腹腔VH基因座的互作。其原因以前不得而知,如果这是由于不乏CBE对环中穿孔特异开放性的RAG一维扫瞄的阻延现像所避免的,那么抑制或去除所有这些CBE,其实就能再一启动时启动时VH的烷基化?

为了科学实验者这一点,学者在v-Abl复合物系框架了CTCF-degron代谢体系。去掉auxin在既有技术水平上加速代谢CTCF后,ChIP-seq属实CTCF 代谢去除或前所未有调高了CTCF本身以及cohesin在开放性状组以外IgH上大部分CBE基因座的相辅相成;引人注目的是,仍有一些CBE基因座被未能完全代谢而“残余的”CTCF复合物相辅相成,偏爱是那些始终保持启动时VH一区如前所述较强高度特异开放性活开放性的基因座。被诱导代谢后CTCF在细胞器技术水平上的非之外一的相辅相成转变不太可能反映了相异CBE基因座自身的CTCF相辅相成活开放性、角化细胞器环中境或其它不得而知原因。必要开放性的GRO-seq属实CTCF代谢并未祚着不良影响IgH烷基化中所心和VH偏爱启动时VH特异开放性,也未不良影响任何已知不太可能参与细胞器相互依赖开放性和V(D)J烷基化的特异开放性的特异开放性,声称CTCF代谢后的复合物依然较强VH偏爱启动时VH烷基化的想像力。紧接着,学者通过3C-HTGTS可推测,颇为引人注目的是,CTCF代谢强烈回复了v-Abl复合物系所丢失的RAG所在烷基化中所心和几乎整个启动时VH一区如前所述的细胞器环中状在结构上互作,并且与激素也就是说前所体复合物内的互作高度类似,声称CTCF代谢后IgH基因座的细胞器环中穿孔恢复依赖开放性到启动时VH一区如前所述。那么具体来说的,启动时VH有否也回复了烷基化能力呢?

答案是肯定的!学者必要开放性检测了V(D)J烷基化转变,可推测CTCF代谢颇为祚着地、甚至有时前所未有地启动时了绝大部分VH,以外启动时VH的烷基化能力,并且与激素也就是说前所体B复合物相对,虽然颇为100%一致,CTCF代谢后的v-Abl复合物系依然表现出有既有上颇为类似的VH烷基化频率和模式。具体来说的,CTCF代谢后的v-Abl复合物系在VHDJH和DJH烷基化的相对%上祚着增加并颇为相对于也就是说激素前所体B复合物中所的数量级,声称VH烷基化在既有技术水平上也不太可能前所未有必要开放性提高了。另外,学者还通过数据分析RAG特异开放性的off-target接合活开放性可推测只有在CTCF代谢后的复合物中所RAG才高频接合了整个VH一区如前所述较强特定方向的off-target基因座,必要开放性赞成了CTCF敲除使得RAG扫瞄都能依赖开放性于整个VH一区如前所述从而特异开放性启动时VH烷基化的结论。

此外,学者还必要开放性数据分析了CTCF-degron体系建立现实生活中所消除的其它中所间态的复合物系中所启动时VH烷基化与CTCF复合物技术水平以及潜在活开放性二者之间的联系:可推测CTCF C尾端填充特异开放性代谢的AID-GFP电子元件祚着增大了CTCF复合物技术水平,具体来说的启动时VH开始暴发烷基化;擅自auxin处理的CTCF-degron体系存在leaky CTCF代谢,使得CTCF复合物技术水平必要开放性增大,具体来说的启动时VH烷基化程度低;必要开放性的auxin处理几乎代谢了既有CTCF复合物技术水平,具体来说的启动时VH烷基化更加剧烈。这些结果声称启动时VH烷基化对于CTCF复合物技术水平以及潜在的活开放性的转变敏感,即后者的调高对于启动时RAG扫瞄启动时VH特异开放性其烷基化较强极其重要的朝著依赖开放性。最后,必要开放性通过综合各种组学统计数据完成更细致的数据分析,学者忽视在CTCF活开放性调高现实生活中所VH的烷基化不太可能受到残余CTCF相辅相成基因座以及VH特异开放性技术水平的不良影响,从而阐述了在变异上激素相异VH如前所述不太可能应对了相异的方式而保障各VH的烷基化想像力。

基于上述科学实验可推测和数据分析,学者最后提出有了cohesin和CTCF参与的细胞器环中穿孔特异开放性的RAG扫瞄完成VH开放性状烷基化的建模,并忽视在激素B复合物早期发育现实生活中所存在单独基因表达CTCF/CBE阻延物活开放性、或者通过基因表达cohesin等其它环中穿孔特异开放性活开放性从而间接弥补CTCF/CBE的阻延现像从而允许cohesin特异开放性的环中穿孔现实生活驱动RAG扫瞄整个VH一区如前所述而充分利用VH的烷基化。

总体而言,该数据分析犀利假设并结构设计和应对了大胆的科学实验方式而不仅确证了cohesin特异开放性的环中穿孔现实生活在RAG扫瞄现实生活中所的极其重要驱动依赖开放性,并且第一次阐述对单个CTCF复合物技术水平的基因表达可以启动时长距离VH烷基化现实生活。据我们了解得知,该工作在评审现实生活中所受到多位审稿人的高度评价,审稿人不仅肯定了其在HIVMA一区多样化必要疑虑上以外了“clear and sharp answer”,还肯定了其可推测对于更普遍的开放性状组细胞器在结构上及开放性状特异开放性的调节正因如此较强极其重要的含义。审稿人单独写道:“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.”

或多或少的是,比这篇书评稍早投稿并接收最近在Nature因特网刊载的另一篇数据分析书评阐述激素前所体B复合物中所cohesin细胞器相辅相成活开放性的倒数第基因表达特异开放性Wapl的特异开放性技术水平与IgH基因座长距离细胞器相互依赖开放性以及VH烷基化倒数第相关,并必要开放性可推测Wapl特异开放性技术水平调高的前所体B复合物中所cohesin在细胞器上的天数增加(详见BioArt报道:Nature | 垫连复合物释放出有来特异开放性Wapl加强V开放性状烷基化的必要)。以后所在多种其它复合物中所已属实Wapl技术水平调高都能既有上通过延长cohesin细胞器天数从而弥补聚在一起分列CBE电子元件对环中穿孔现实生活的阻延现像从而延长细胞器环中状在结构上如前所述。基于此,该书评忽视激素前所体B复合物通过在特异开放性技术水平上看齐Wapl从而加强IgH基因座环中穿孔特异开放性的VH开放性状烷基化。阐述起来,这两篇书评从相异角度利用相异方式而最终阐述了一个内在统一的HIV重链V开放性状烷基化的极其重要必要。

独有出有处:

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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