明年肆虐在世界上的新同型冠状病毒所引发的重大疫情不仅将科学家推向了联合开发制剂和治疗持续性特异持续性的前沿,也在公众中都便次科普了“制剂”“特异持续性检测”“中都和持续性特异持续性”等专业名词及其却是显出的基础医学研究知识。作为体液免疫的极为重要复合物震荡小分子之一,特异持续性在人体内标识和补救芽孢、病毒等芽孢侵染流程中都起着极为重要关键作用。
特异持续性作为分泌同型的脂质(Immunoglobulin, Ig),经B淋巴巨噬细胞填充,是由两组匹配的重链(IgH)和轻链(IgL)经交联连通组合成的Y同型复合物复合体。IgH和IgL分别较强星同型区那时候和静止区那时候,其中都星同型区那时候特异持续性标识和混合蛋白。星同型区那时候的字节DNA由V(D)J苯基(V(D)J recombination)加成激发。以IgH乙烯为例,在人和大鼠DNA组中都IgH乙烯跨越数百万核苷酸(megabase, Mb),由数百个V、十多个D、多个JDNA组件以及极多诱导序列构成。在前体B淋巴巨噬细胞(progenitor B cell, 简称pro-B)生殖流程中都,V(D)J苯基加成通过RAG内切酶乙烯断裂一个DDNA和一个J DNA组件进而通过非同源重组末口连通(NHEJ)路径连通断裂组件从而演化成DJH中都间产;也,接着便经过RAG 和NHEJ乙烯断裂和连通一个VHDNA到DJH中都间产;也上,终究演化成一段完整的IgH星同型区那时候字节DNAVHDJH。V(D)J苯基加成填充大量星同型区那时候字节DNA库是组合成特异持续性多样持续性的极为重要小分子基础之一。
V(D)J苯基加成中都需求量极多的V、D、JDNA组件如何被RAG内切酶标识和大块从而策划填充比较多样的星同型区那时候字节DNA库是一个长年不存在且引人入胜的核心解决办法。尽管很多科学研究从(表观)遗传学本质概述了不良影响V(D)J苯基的多种各种因素,但是这一苯基流程完全一致是如何起因的不一定确切。
比较于人们长期推断的基于随机蔓延的苯基流程,近年来威尔逊·休斯医学科学研究小组(HHMI)、哈佛附属医院(HMS)和马萨诸塞州该医院(BCH)的Frederick W. Alt院士试验中室通过一系列指导工作确实V(D)J苯基加成很有可能会是通过RAG线粒体照相(RAG chromatin scanning)的线持续性化数学方法执行的。该试验中室初期开创持续性地推断出RAG较强线持续性化“”(tracking)和大块DNA组较强特定斜向的off-target序列的活持续性,并且该活持续性区域内与就会聚同型(convergent)CTCF混合组件(CTCF-binding element, CBE)演化成的DNA组外侧形保持稳定状态域(loop domain)只不过一致。紧接着,该试验中室通过科学研究一类位于大鼠IgH乙烯D肌腱VHDNA下游座落在的CBE的功用时全面指出新了可能会基于线粒体末口吸管新(loop extrusion)机制的RAG线粒体照相的线持续性化数学方法,该数学方法都能极好的解释肌腱VH-to-DJH的苯基流程以及该流程中都CBE的极为重要关键作用。该试验中室随后登载的另一篇书评通过一系列试验中确实该数学方法也极好解释了生理上的删除持续性D-to-JH苯基解决办法,并全面确实线粒体末口吸管新在该苯基流程中都极为重要极为重要关键作用。然而,有关RAG线粒体照相的指导工作机制以及不够极为重要的极多分隔于Mb以外的多于口VDNA是如何苯基的等解决办法无论如何不确切。
2020年7月初27日,来自威尔逊·休斯医学科学研究小组(HHMI)、哈佛附属医院(HMS)和马萨诸塞州该医院(BCH)的Frederick W. Alt院士以及国立有益科学研究小组(NIH)的Rafael Casellas教授设计团队在Nature杂志以Accelerated Article Preview展现形式的网站登载了题为“CTCF orchestrates long-range cohesin-driven V(D)J recombinational scanning”的科学研究书评(巴钊庆Dr为本文第一笔记为副合作通信笔记,娄江曼Dr为合作一作)。该书评概述了粘黏复合物cohesin关键作用于的线粒体末口吸管新涡轮机IgH乙烯线持续性迁移从而提供RAG照相的底;也,并且概述了CTCF在该机制下诱导多于口VH苯基中都的极为重要关键作用,由此为该领域长年不存在的一个核心解决办法提供了重新见解。
为了科学研究RAG线粒体照相的涡轮机力解决办法,科学家推断cohesin可能会是一个极为重要特异持续性。为了证明此论者,科学研究人员选用了大鼠永生化的v-Abl pro-B巨噬细胞系。该巨噬细胞系经游离后能长年保持稳定生存于巨噬细胞周期的G1期,能大量关键作用于RAG关键作用于的D-to-JH苯基、少量关键作用于肌腱而却是不可关键作用于多于口的VH-to-DJH苯基。在此之后在该巨噬细胞系的科学研究表明了其起因的D-to-JH和肌腱VH-to-DJH正是通过RAG照相关键作用于的,那么在该巨噬细胞系中都除去cohesin就会怎样呢?科学家采用孕酮游离复合物裂解元(auxin-inducible degron, AID)解决方案在该巨噬细胞系那时候相结合了cohesin复合;也极为重要特异持续性Rad21的AID裂解框架(Rad21-degron),通过附加auxin不够快裂解Rad21。紧接着,科学家通过ChIP-seq表明了全DNA组之外IgH乙烯cohesin的混合却是全部消亡,而IgH 乙烯特异持续性活持续性以及已知的线粒体互作及V(D)J苯基需要DNA的特异持续性或理解均没有实着变动。科学家进而通过巴钊庆Dr在此之后联合开发的3C-HTGTS推断出都可的IgH乙烯上却是所有的线粒体外侧形保持稳定状态域都消亡了,这与在此之后在其它类同型巨噬细胞中都的推断出一致,即cohesin对于线粒体末口吸管新演化成外侧形保持稳定状态域是需要的。比较引人注目的是,科学家全面通过比对Rad21裂解前后D-to-JH和肌腱VH-to-DJH的变动推断出,Rad21裂解却是补救了所有肌腱VH-to-DJH苯基,不够为严重减少了却是所有的D-to-JH苯基,除了位于RAG比较掺入的V(D)J苯基中都心(recombination center, RC)内部的DQ52组件的苯基。在此之后的科学研究确实,DQ52由于其受制于RC的位置其本质,可以通过蔓延吻合RAG而起因苯基,因此其苯基不一定只不过依赖cohesin关键作用于的末口吸管新流程。
为了不够好地探究cohesin纠正的震荡,科学研究在Rad21-degron系统设计那时候通过CRISPR/Cas9全面敲除了IGCR1组件,在此之后推断出IGCR1纠正后RAG照相减弱至IgH肌腱VH周边从而导致肌腱VH相当多是VH81XDNA的苯基急剧升温,那么在此并重纠正了cohesin就会怎样呢?科学家推断出Rad21裂解依然却是补救了所有减弱了的肌腱VH-to-DJH苯基,同时也不够为严重减少了却是所有的D-to-JH苯基,便一次,只有DQ52苯基无论如何都能起因。比较应的,Rad21裂解同时补救了IgH乙烯所有的线粒体外侧形保持稳定状态,之外由于IGCR1纠正而导致的很大减弱了的RC与肌腱VH间的外侧强子。这些结果合作确实cohesin极有可能会通过其关键作用于的线粒体末口吸管新关键作用于了RAG照相所执行的D-to-JH和肌腱VH-to-DJH苯基流程。
除了肌腱VHDNA,数百个多于口VHDNA是如何吻合RAG而起因多于距离苯基呢?长期以来人们推断多于口VH可能会通过一种IgH固有的“乙烯紧缩”(physical locus contraction)流程顺利进行苯基。在该数学方法中都,多于口VH乙烯以某种有可能机制吻合并末口绕RAG掺入的苯基中都心从而使得每个VHDNA以随机蔓延的方式则吻合RAG而苯基。由于纠正明确的机制支撑,该数学方法长期受制于假说先决条件。本文科学家推断比较于该随机蔓延数学方法,与D和肌腱VHDNA苯基近似于,多于口VHDNA可能会也是通过线持续性RAG线粒体照相流程再一吻合RAG而未完成苯基。那么如何证明这一点呢?科学家无视了一个精心的解决方案。
科学家首先顺利进行了巧妙公式:在VH周边,除了数百个VHDNA外还不存在着需求量极多的CTCF混合组件CBEs;肌腱VH区域内地带CBE在RAG照相流程中都除了都能减弱与其区域内地带的VH对于RAG的accessibility从而减弱其苯基能力,还额外阻碍了RAG全面照相其上游的其它肌腱VH进而减弱了其苯基实用价值;虽然极多多于口VHDNA间的CBE的完全一致功用尚不曾可知,但这些CBE确实与肌腱CBE近似于都能逐步阻碍RAG上游照相流程,从而不良影响整个多于口VH的苯基充份?全面混合他们的推断出,其确实与大鼠正常人前体B巨噬细胞比较于,其引申出新来的v-Abl巨噬细胞系只能顺利进行少量的肌腱VH苯基,而不可顺利进行多于口VH苯基;都可的,该巨噬细胞系中都IgH苯基中都心遗留下了与多于口VH乙烯的外侧形保持稳定状态互作,而只不存在少量与肌腱VH乙烯的互作。其原因长期有可能,如果这是由于极多CBE对末口吸管新关键作用于的RAG线持续性照相的阻碍震荡所导致的,那么抑制或去除所有这些CBE,不对就能继续关键作用于多于口VH的苯基?
为了验证这一点,科学家在v-Abl巨噬细胞系相结合了CTCF-degron裂解框架。附加auxin在整体而言层面上不够快裂解CTCF后,ChIP-seq表明CTCF 裂解补救或很大缩水了CTCF本身以及cohesin在DNA组之外IgH上大部分CBE乙烯的混合;引人注目的是,仍有一些CBE乙烯被没能只不过裂解而“移去的”CTCF复合物混合,众所周知是那些受制于多于口VH周边较强比较特异持续性活持续性的乙烯。被游离裂解后CTCF的网站粒体层面上的非均一的混合变动可能会反映了相异CBE乙烯自身的CTCF混合活持续性、局部线粒体周围末口境或其它有可能各种因素。全面的GRO-seq表明CTCF裂解不曾曾实着不良影响IgH苯基中都心和VH众所周知多于口VH特异持续性,也不曾不良影响任何已知可能会策划线粒体强子和V(D)J苯基的特异持续性的特异持续性,确实CTCF裂解后的巨噬细胞无论如何较强VH众所周知多于口VH苯基的充份。紧接着,科学家通过3C-HTGTS推断出,比较引人注目的是,CTCF裂解排斥回复了v-Abl巨噬细胞系所遗留下的RAG所在苯基中都心和却是整个多于口VH周边的线粒体外侧形保持稳定状态互作,并且与大鼠正常人前体巨噬细胞内的互作比较近似于,确实CTCF裂解后IgH乙烯的线粒体末口吸管新恢复原关键作用到多于口VH周边。那么都可的,多于口VH确实也回复了苯基能力呢?
作答是无疑的!科学家全面检测了V(D)J苯基变动,推断出CTCF裂解比较实站立、甚至有时很大地关键作用于了绝大部分VH,之外多于口VH的苯基能力,并且与大鼠正常人前体B巨噬细胞比较于,虽然不一定100%一致,CTCF裂解后的v-Abl巨噬细胞系无论如何展现出新整体而言上比较近似于的VH苯基频率和Mode。都可的,CTCF裂解后的v-Abl巨噬细胞系在VHDJH和DJH苯基的比较比率上实着提高并比较吻合正常人大鼠前体B巨噬细胞中都的数值,确实VH苯基在整体而言层面上也其实很大减弱了。另外,科学家还通过比对RAG关键作用于的off-target大块活持续性推断出只有在CTCF裂解后的巨噬细胞中都RAG才高频大块了整个VH周边较强特定斜向的off-target乙烯,全面赞同了CTCF敲除使得RAG照相都能关键作用于整个VH周边从而关键作用于多于口VH苯基的论断。
此外,科学家还全面科学研究了CTCF-degron框架建立流程中都激发的其它中都间保持稳定状态的巨噬细胞系中都多于口VH苯基与CTCF复合物层面以及潜在活持续性间的关系:推断出CTCF C口断开关键作用于裂解的AID-GFP组件实着增高了CTCF复合物层面,都可的多于口VH开始起因苯基;不曾经auxin管控的CTCF-degron框架不存在leaky CTCF裂解,使得CTCF复合物层面全面增高,都可的多于口VH苯基层面不够高;全面的auxin管控却是裂解了整体而言CTCF复合物层面,都可的多于口VH苯基不够加不够为严重。这些结果确实多于口VH苯基对于CTCF复合物层面以及潜在的活持续性的变动敏感,即后者的缩水对于关键作用于RAG照相多于口VH关键作用于其苯基较强极为重要的更进一步关键作用。之后,全面通过整体各种组学资料顺利进行不够生动的比对,科学家视为在CTCF活持续性缩水流程中都VH的苯基可能会受到移去CTCF混合乙烯以及VH特异持续性层面的不良影响,从而概述了在形态上大鼠相异VH域可能会无视了相异的解决方案保障各VH的苯基充份。
基于上述试验中推断出和比对,科学家之后指出新了cohesin和CTCF策划的线粒体末口吸管新关键作用于的RAG照相顺利进行VHDNA苯基的数学方法,并视为在大鼠B巨噬细胞现**殖流程中都不存在反之亦然诱导CTCF/CBE阻碍;也活持续性、或者通过诱导cohesin等其它末口吸管新特异持续性活持续性从而间接补救CTCF/CBE的阻碍震荡从而允许cohesin关键作用于的末口吸管新流程涡轮机RAG照相整个VH周边而实现VH的苯基。
总体而言,该科学研究巧妙假定并设计和无视了精心的试验中解决方案不仅确证了cohesin关键作用于的末口吸管新流程在RAG照相流程中都的极为重要涡轮机关键作用,并且第一次概述对单个CTCF复合物层面的诱导可以关键作用于远距离VH苯基流程。据我们明了得知,该指导工作在面试流程中都受到多位审稿人的赞许,审稿人不仅无疑了其在特异持续性星同型区那时候多样机制解决办法上提供了“clear and sharp answer”,还无疑了其推断出对于不够普遍持续性的DNA组线粒体形保持稳定状态及DNA特异持续性的抑制同样较强极为重要的意义。审稿人反之亦然曾说:“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,比这篇书评早先投稿并转交除此以外在Nature的网站登载的另一篇科学研究书评概述大鼠前体B巨噬细胞中都cohesin线粒体混合活持续性的负诱导特异持续性Wapl的特异持续性层面与IgH乙烯远距离线粒体强子以及VH苯基点状,并全面推断出Wapl特异持续性层面缩水的前体B巨噬细胞中都cohesin的网站粒体上的单次提高(详见BioArt美联社:Nature | 粘连复合物释放特异持续性Wapl有助于VDNA苯基的机制)。在此之后在多种其它巨噬细胞中都已表明Wapl层面缩水都能整体而言上通过加长cohesin线粒体单次从而补救就会聚排列CBE组件对末口吸管新流程的阻碍震荡从而加长线粒体外侧形保持稳定状态域。基于此,该书评视为大鼠前体B巨噬细胞通过在特异持续性层面上减半Wapl从而有助于IgH乙烯末口吸管新关键作用于的VHDNA苯基。总结起来,这两篇书评从相异本质利用相异解决方案终究概述了一个内在统一的特异持续性重链VDNA苯基的极为重要机制。
更早典故:
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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