Mol Cell?| 抗體多樣性生成背后的染色質(zhì)折疊原則

撰文 | 林無隅

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的有效性依賴于B淋巴細胞通過V(D)J重排機制產(chǎn)生多樣化的抗原受體庫【1】。 小鼠的免疫球蛋白重鏈（ Igh ）基因座包含分布在約2.5 Mb基因組范圍內(nèi)的數(shù)百個可變區(qū)（ V H ）基因片段 ， 它們需要與位于基因座3'端的多樣區(qū)（ D H ）和連接區(qū)（ J H ） 進行重排【2】。 為了確保受體多樣性，盡管 V H 基因在基因組上的距離差異巨大，它們?nèi)砸韵鄬鹊念l率與重組中心 （RC） 發(fā)生物理接觸并進行重排【3】。 此前的研究通過熒光原位雜交（FISH）證實了這種遠端基因向3'端的空間收縮現(xiàn)象【4】， 然而，目前的單一方向環(huán)擠出模型無法充分解釋為何遠端的 V H 基因能與近端基因具有相似的利用率，該基因座如何折疊以實現(xiàn)這種長距離互作的具體染色質(zhì)動力學機制仍不清楚。

近日，美國國家衰老研究所Ranjan Sen團隊在Molecular Cell雜志上發(fā)表了Chromatin folding principles underlying the generation of antibody diversity的研究文章。作者結(jié)合了生物物理模擬與Igh基因座的實驗數(shù)據(jù)（如Hi-C、ChIP-seq及突變體分析），構(gòu)建了一個能夠重現(xiàn)染色質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)和重排動力學的模型。該研究揭示了三個關(guān)鍵的染色質(zhì)折疊原則：黏連蛋白（cohesin）需在整個基因座范圍內(nèi)加載而不僅是3'端； Eμ 增強子雖然不結(jié)合CTCF，但充當了雙向的環(huán)擠出阻滯劑；以及遠端 V H 基因的利用依賴于H3K27ac標記區(qū)域之間的長距離關(guān)聯(lián)。這些發(fā)現(xiàn)成功解釋了野生型及大片段倒位突變體中的重排模式，糾正了以往關(guān)于“基因座收縮”的定性理解。該研究為理解驅(qū)動抗體多樣性生成的染色質(zhì)折疊原則提供了一個全新的概念框架。

研究 人員 通過模擬發(fā)現(xiàn)，要重現(xiàn)實驗觀察到的從3'端延伸至5'端的顯著染色質(zhì)“條紋”結(jié)構(gòu)，必須假設(shè)黏連蛋白在整個Igh基因座范圍內(nèi)加載，而不僅僅是在3'端。模擬顯示，若僅在3'端加載黏連蛋白，會導致TAD結(jié)構(gòu)截斷且無法形成延伸條紋。這表明位于3'端的CTCF結(jié)合元件（3'CBE）實際上是作為黏連蛋白介導的染色質(zhì)擠出的終止位點，而非起始加載位點，從而在擠出過程中將整個基因座“卷入”重組中心。

為了準確模擬3'端結(jié)構(gòu)域的精細染色質(zhì)結(jié)構(gòu)（sub-TADs），研究 人員 發(fā)現(xiàn)必須將 Eμ 增強子建模為一個雙向的環(huán)擠出阻滯劑。盡管 Eμ 本身不結(jié)合CTCF蛋白，但模擬結(jié)果表明，只有當它能雙向阻止黏連蛋白滑動時，才能重現(xiàn)野生型及 Eμ 缺失等位基因的實驗數(shù)據(jù)。這種獨特的阻滯機制（可能源于轉(zhuǎn)錄復合物或核蛋白結(jié)構(gòu)）使得 Eμ 能夠組織局部的染色質(zhì)環(huán)，促進近端 V H 基因與重組中心的相互作用。

針對遠端 V H 基因利用率的問題，作者在模型中引入了H3K27ac標記區(qū)域與 Eμ 增強子之間的優(yōu)先相互作用。單純的環(huán)擠出機制只能解釋近端基因的重排，而H3K27ac介導的這種“ 栓系 ”（tethering）效應(yīng)能夠穩(wěn)定遠端基因組區(qū)域與重組中心的接觸。將這一機制納入模型后，模擬結(jié)果準確預測了跨越2.8 Mb基因座的 V H 基因片段的廣泛且均衡的使用模式，解釋了長距離基因組通訊的機制。

總之， 這項研究通過整合計算機模擬與高通量測序數(shù)據(jù)，提出了一個動態(tài)的染色質(zhì)折疊模型，系統(tǒng)性地解析了抗體多樣性生成的空間結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該模型不僅驗證了黏連蛋白動力學在基因座壓縮中的核心作用，還強調(diào)了非CTCF依賴的增強子阻滯作用以及表觀遺傳標記在長距離互作中的關(guān)鍵貢獻。通過對大片段基因組倒位突變的成功預測，該研究證明了這些折疊原則的普適性和準確性。這一發(fā)現(xiàn)為理解長距離基因組調(diào)控提供了重要的機制見解，并揭示了免疫系統(tǒng)如何利用生物物理原理來確保抗原受體的無限多樣性。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.12.023

制版人： 十一

參考文獻

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