Mol Cell | 抗体多样性生成背后的染色质折叠原则

撰文 | 林无隅

适应性免疫系统的有效性依赖于B淋巴细胞通过V(D)J重排机制产生多样化的抗原受体库【1】。 小鼠的免疫球蛋白重链（ Igh ）基因座包含分布在约2.5 Mb基因组范围内的数百个可变区（ V H ）基因片段 ， 它们需要与位于基因座3'端的多样区（ D H ）和连接区（ J H ） 进行重排【2】。 为了确保受体多样性，尽管 V H 基因在基因组上的距离差异巨大，它们仍以相对均等的频率与重组中心 （RC） 发生物理接触并进行重排【3】。 此前的研究通过荧光原位杂交（FISH）证实了这种远端基因向3'端的空间收缩现象【4】， 然而，目前的单一方向环挤出模型无法充分解释为何远端的 V H 基因能与近端基因具有相似的利用率，该基因座如何折叠以实现这种长距离互作的具体染色质动力学机制仍不清楚。

近日，美国国家衰老研究所Ranjan Sen团队在Molecular Cell杂志上发表了Chromatin folding principles underlying the generation of antibody diversity的研究文章。作者结合了生物物理模拟与Igh基因座的实验数据（如Hi-C、ChIP-seq及突变体分析），构建了一个能够重现染色质折叠结构和重排动力学的模型。该研究揭示了三个关键的染色质折叠原则：黏连蛋白（cohesin）需在整个基因座范围内加载而不仅是3'端； Eμ 增强子虽然不结合CTCF，但充当了双向的环挤出阻滞剂；以及远端 V H 基因的利用依赖于H3K27ac标记区域之间的长距离关联。这些发现成功解释了野生型及大片段倒位突变体中的重排模式，纠正了以往关于“基因座收缩”的定性理解。该研究为理解驱动抗体多样性生成的染色质折叠原则提供了一个全新的概念框架。

研究 人员 通过模拟发现，要重现实验观察到的从3'端延伸至5'端的显著染色质“条纹”结构，必须假设黏连蛋白在整个Igh基因座范围内加载，而不仅仅是在3'端。模拟显示，若仅在3'端加载黏连蛋白，会导致TAD结构截断且无法形成延伸条纹。这表明位于3'端的CTCF结合元件（3'CBE）实际上是作为黏连蛋白介导的染色质挤出的终止位点，而非起始加载位点，从而在挤出过程中将整个基因座“卷入”重组中心。

为了准确模拟3'端结构域的精细染色质结构（sub-TADs），研究 人员 发现必须将 Eμ 增强子建模为一个双向的环挤出阻滞剂。尽管 Eμ 本身不结合CTCF蛋白，但模拟结果表明，只有当它能双向阻止黏连蛋白滑动时，才能重现野生型及 Eμ 缺失等位基因的实验数据。这种独特的阻滞机制（可能源于转录复合物或核蛋白结构）使得 Eμ 能够组织局部的染色质环，促进近端 V H 基因与重组中心的相互作用。

针对远端 V H 基因利用率的问题，作者在模型中引入了H3K27ac标记区域与 Eμ 增强子之间的优先相互作用。单纯的环挤出机制只能解释近端基因的重排，而H3K27ac介导的这种“ 栓系 ”（tethering）效应能够稳定远端基因组区域与重组中心的接触。将这一机制纳入模型后，模拟结果准确预测了跨越2.8 Mb基因座的 V H 基因片段的广泛且均衡的使用模式，解释了长距离基因组通讯的机制。

总之， 这项研究通过整合计算机模拟与高通量测序数据，提出了一个动态的染色质折叠模型，系统性地解析了抗体多样性生成的空间结构基础。该模型不仅验证了黏连蛋白动力学在基因座压缩中的核心作用，还强调了非CTCF依赖的增强子阻滞作用以及表观遗传标记在长距离互作中的关键贡献。通过对大片段基因组倒位突变的成功预测，该研究证明了这些折叠原则的普适性和准确性。这一发现为理解长距离基因组调控提供了重要的机制见解，并揭示了免疫系统如何利用生物物理原理来确保抗原受体的无限多样性。

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

制版人： 十一

参考文献

1. Schatz, D.G., and Swanson, P.C. (2011). V(D)J recombination: mechanisms of initiation.Annu.Rev. Genet.45, 167–202. https://doi.org/10.1146/annurev-genet-110410-132552 .

2. Johnston, C.M., Wood, A.L., Bolland, D.J., and Corcoran, A.E. (2006).Complete sequence assembly and characterization of the C57BL/6mouse Ig heavy chain V region.J. Immunol.176, 4221–4234. https://doi.org/10.4049/jimmunol.176.7.4221 .

3. Bolland, D.J., Koohy, H., Wood, A.L., Matheson, L.S., Krueger, F.,Stubbington, M.J.T., Baizan-Edge, A., Chovanec, P., Stubbs, B.A.,Tabbada, K., et al. (2016). Two Mutually Exclusive Local Chromatin States Drive Efficient V(D)J Recombination.Cell Rep. 15, 2475–2487.https://doi.org/10.1016/j.celrep.2016.05.020.

4. Jhunjhunwala, S., van Zelm, M.C., Peak, M.M., Cutchin, S., Riblet, R., van Dongen, J.J.M., Grosveld, F.G., Knoch, T.A., and Murre, C. (2008). The 3D structure of the immunoglobulin heavy-chain locus: implications for long-range genomic interactions.Cell133, 265–279. https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.03.024 .

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