PNAS | 人抗体重链可变区外显子与3′调控区互作形成稳定的体细胞超突变中心

抗体是适应性免疫的重要分子。B细胞进入生发中心后，抗体可变区会发生体细胞高频突变（SHM, somatic hypermutation），并通过突变和亲和力选择促进高亲和力抗体的产生。这一过程由活化诱导胞嘧啶脱氨酶（AID, Activation-induced cytidine deaminase）启动。因此，AID如何被精准靶向至抗体可变区，是理解抗体亲和力成熟机制的核心问题【1】。 然而，由于生发中心B细胞在体内数量稀少且难以获取，该核心问题仍未得到解决。

前期研究发现，免疫球蛋白重链（IGH, immunoglobulin heavy chain）V(D)J外显子所在位置具有特殊的SHM靶向能力；此外，小鼠研究发现，位于IGH远端的3′RR（3′ regulatory region）也参与SHM调控。小鼠IGH位点仅含有一个3′RR，而人IGH位点含有两个相距约100 kb、高度同源的3′RRs，但这两个3′RRs在人类SHM中的功能此前尚未得到系统研究。染色质环挤压可能参与远距离调控元件与靶区域的空间组织，但3′RR如何调控V(D)J的SHM，以及这一过程是否涉及特定的三维染色质结构，仍不清楚。

近日，哈佛医学院/波士顿儿童医院Frederick W. Alt院士团队在PNAS发表题为Human antibody heavy chain variable region exon interacts with the 3′ regulatory region to form a stable somatic hypermutation center的研究论文。基于课题组此前对抗体类别转换重组机制的研究【 2】，研究者提出了“SHM-C”模型：染色质环挤压可能促进相距数百kb的V(D)J与3′RRs在空间上的接近，形成有利于AID靶向的体细胞高频突变中心（SHM-C, somatic hypermutation center）。在该研究工作中，研究者建立了源自生发中心B细胞的人源RAMOS细胞SHM模型，从结构和功能上支持了SHM-C的存在，揭示了3′RRs促进AID靶向，并发现已经形成的SHM-C具有出人意料的稳定性。

研究者将RAMOS细胞内源V(D)J替换为未经突变的小鼠VB1-8 V(D)J外显子，建立了可诱导发生SHM的细胞模型。利用高分辨率染色质互作检测技术3C-HTGTS发现，V(D)J与相距数百kb的两个3′RRs之间形成强烈的长距离染色质相互作用，并与iEµ、Eδ等调控元件共同组成SHM-C。进一步分别删除两个3′RRs发现，单独删除任意一个3′RR仅轻度影响SHM，而同时删除两个3′RR则使SHM大幅度降低，表明两个3′RR在促进SHM方面具有功能冗余性。值得注意的是，删除3′RR并未明显降低V(D)J转录，却显著降低了V(D)J区域的AID富集。这表明，3′RR促进SHM并不主要依赖增强V(D)J转录，而可能通过SHM-C促进AID在V(D)J区域的募集或维持。

为了研究染色质环挤压是否参与促进3′RR与V(D)J外显子的接近并维持二者之间的相互作用，研究者利用CDK4/6抑制剂将RAMOS细胞维持在G1时期，随后利用蛋白降解技术去除染色质环挤压复合物cohesin的核心组分RAD21，使细胞能够在G1期长期维持，从而研究RAD21是否对于SHM-C的维持是必须的。RAD21降解后，全基因组绝大部分染色质环和拓扑相关结构域（TAD，topologically associating domain）消失；然而，在G1期RAMOS细胞中，即使RAD21降解持续数天，V(D)J与3′RRs之间的相互作用仍可维持数天，同时SHM基本不受影响。这表明，在已经形成的SHM-C中，持续的染色质环挤压并非维持V(D)J–3′RRs相互作用和SHM所必需。

综上，本研究表明相距数百kb的V(D)J与3′RRs等调控元件可形成稳定的SHM-C，从而促进AID对抗体可变区的高效靶向。3′RR的作用并非局限于转录增强，还参与促进AID靶向；更重要的是，已经形成的SHM-C可以在缺乏持续染色质环挤压的情况下长期维持。该研究揭示了抗体SHM靶向的新机制，也为理解三维基因组介导的远距离基因调控提供了新的视角。

哈佛医学院/波士顿儿童医院的关莹博士和陈希博士为该论文共同第一作者，Frederick W. Alt院士和陈希博士为论文通讯作者。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2625638123

制版人：十一

参考文献

1. L.-S. Yeap, et al., Sequence-Intrinsic Mechanisms that Target AID Mutational Outcomes on Antibody Genes.Cell163, 1124–1137 (2015).

2. X. Zhang, et al., Fundamental roles of chromatin loop extrusion in antibody class switching.Nature575, 385–389 (2019).

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（*排名不分先后）

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