为何人类抗体可以应对各类病原体？两篇Nature提醒染色质环挤压招致V(D)J重组和抗体类别转换重组

2019年11月17日讯/BIOON/---我们对立碰到的浩瀚潜在致病因子的才能取决于一种称为重组的进程，它可以以分歧的方法产生，比方V(D)J重组和抗体类别转换重组（class-switch recombination, CSR）。这些重组进程把持DNA序列，使我们的身材可以发生多种多样的免疫零碎辨认成分：抗体和T细胞受体（TCR）。现在，美国波士顿儿童病院的Frederick W. Alt及其团队在Nature期刊上揭橥了的两篇论文提醒了这些类型的重组事情的产生方法存在意想不到的类似性。

在发育中的免疫零碎细胞中，一种称为V(D)J重组的进程会应用三类称为V、D和J的基因片断从新陈列DNA序列，从而组装将编码抗体或TCR的基因。这些基因片断的两侧是退化上保守的称为称为重组旌旗灯号序列（RSS）的DNA序列，这些序列指导酶RAG以惊人的多样化组合方法将一个V片断和一个J片断，有时还包含一个D片断衔接在一路。这些衔接的基因片断之间的DNA平日会被删除，不外在少少数情形下，当两个基因片断衔接在一路时，它产生倒置并保存上去。这种重组进程可以让抗体和TCR具有多样化的称为可变区（variable domain）的卵白构造域，这些可变区辨认称为抗原的卵白片断。恰是这些辨认抗原的可变区的多样性使得免疫零碎可以无效地应对各类致病因子。

这些编码抗体的基因有时会阅历进一步的润饰，以改动单个DNA核苷酸碱基（发生所谓的体细胞点渐变），从而加强抗体辨认抗原的才能。这些基因中的DNA也可以阅历一系列称为CSR重组的DNA改动，这些改动不影响抗原辨认，相反，它们付与抗体多种效应功效，比方联合粘膜外表的才能，或许有助于其他免疫细胞应对沾染的才能。

V(D)J重组是由RAG启动的，而抗体编码序列中的体细胞点渐变和CSR重组是由一种称为AID的DNA渐变酶启动的。RAG和AID惹起基因组普遍改动的潜在才能是风险的，是以它们的感化必需限于可应用DNA改动停止宿主进攻的靶序列。

作为一种DNA-卵白复合物，染色质慎密包装在人类细胞核内，构成不计其数个年夜小纷歧的环（loop），这些染色质环（或许说DNA环）经过一种称为黏连卵白（cohesin）的卵白复合物的环状构造（ring）锚定在它们的底部上。当黏连卵白的分子马达组分经过黏连卵白的环状构造自动挤压染色质直到染色质碰到了“妨碍”时，这些染色质环就会构成。这能够是在染色质进入黏连卵白环状构造之前或之时构成的，平日是在DNA与CTCF卵白联合时构成的。对较年夜染色质环停止黏连卵白依附性挤压将染色质划分为团圆的称为拓扑相干构造域（topologically associated domain）的区域，而较小的染色质环可以让DNA调控序列（比方位于线性DNA序列中相距较远的加强子和启动子）彼此相邻放置，从而驱动基因表达。Alt团队的这两篇论文标明染色质环挤压（chromatin-loop extrusion）也是掌握V(D)J重组和CSR重组的根底（图1）。

图1.DNA环挤压招致抗体类别转换重组，图片来自Nature, 2019, doi:10.1038/d41586-019-03200-4。 在V(D)J重组进程中，RAG被招募到产生润饰的DNA联合组卵白上，这些组卵白较高程度地积聚在含有抗体或TCR编码J基因的一个染色体小区域中。这将发生一个VDJ重组中间，在那边，RAG联合位于J基因片断两侧的RSS基序。然后，RAG以线性方法扫描其他的染色体，以找到另一个相距较远的基因片断的RSS基序。一旦两个兼容的RSS对齐后，RAG会引诱DNA断裂以启动这两个RSS之间的重组。RAG锚定在VDJ重组中间，这就激发了DNA在此扫描进程中若何挪动的成绩。

在第一篇论文中，Alt团队认识到染色质环挤压能够说明了这种DNA挪动。在这种模子中，在黏连卵白与联合RSS的RAG在VDJ重组中间组装后，黏连卵白经过它的环状构造“环绕纠缠”在DNA上，使得染色质环中的RSS能够找到与之相兼容的联合着RAG的RSS，以停止重组。这种模子获得了Alt团队展开的试验的支撑，比方他们证明经过黏连卵白环状构造阻拦DNA的挪动会使得重组事情产生倾向，从而有利于针对DNA挪动遭到阻拦的位点邻近的RSS停止重组。主要的是，这种模子中的定向DNA扫描机制还说明了在V(D)J重组进程中产生删除而非倒置事情的压服性优势，历久以来这不断是一个无法说明的难题。鉴于这些试验与较早的研讨一路证明黏连卵白联合元件（位于某些抗体V基因片断邻近的DNA基序）是DNA重排形式和由此发生的抗体库的次要决议身分，一种令人服气的模子呈现了，即染色质环挤压有助于V(D)J重组。

CSR重组与V(D)J重组虽然在酶学上存在分歧，然则在概念上是类似的。在第二篇论文中，Alt团队研讨了黏连卵白驱动的DNA环挤压能否也组成了CSR重组的根底。在CSR重组时代，AID在抗体编码基因的特定“转换区（‘switch region）”中引入了DNA核苷酸碱基的多点渐变，这最终招致DNA断裂。分歧于V(D)J 重组--- RAG介导的DNA切割依附于一对相兼容的RSS的组装---的是，AID在单个DNA位点上惹起渐变，这些渐变可招致DNA在转换区对齐之前或之后产生断裂，随后这些转换区衔接在一路。