在適應性免疫系統(tǒng)中，由B淋巴細胞產(chǎn)生的多樣性的抗體分子是介導體液免疫的關鍵性效應分子，因此，抗體分子的多樣性對適應性免疫是至關重要的。機體在抗原刺激下，B淋巴細胞特異性表達的胞嘧啶脫氨酶AID能夠靶向抗體分子產(chǎn)生程序性的DNA損傷，介導抗體類型轉換（CSR）以及體細胞高頻突變（SHM）的發(fā)生，從而產(chǎn)生具有更高親和力的多樣性抗體庫。

臨床發(fā)現(xiàn)AID蛋白的突變與免疫缺陷疾病2型高IgM綜合征密切相關，并且這些突變多為隱性遺傳，然而有一類C端缺失突變體AIDDC表現(xiàn)為顯性失活效應。仍具有胞嘧啶脫氨酶活性的AIDDC由于缺少C端的出核信號而在細胞核內(nèi)富集，卻難以介導CSR事件的發(fā)生。那么，AIDDC在抗體基因靶點的脫氨酶活性是如何被抑制的呢，以及AIDDC又是如何影響野生型AID的功能從而導致顯性失活的呢？這其中的致病機理，一直是該研究領域懸而未決的難題。

2022年4月26日，北京大學生命科學學院、北大-清華生命科學聯(lián)合中心胡家志研究員課題組與中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）孟飛龍研究員課題組合作，在The EMBO Journal雜志在線發(fā)表題為“C-terminal deletion-induced condensation sequesters AID from IgH targets inimmunodeficiency”的研究論文。在這項研究中，研究人員揭示了AIDDC在細胞核內(nèi)聚集進而導致AIDDC不能高效地被招募到抗體基因IgH區(qū)域；此外，該研究還引入蛋白質(zhì)共凝聚的概念，巧妙地闡明了AIDDC突變體通過捕獲細胞核內(nèi)游離的野生型AID形成共凝聚體，從而抑制野生型AID靶向抗體基因的過程，造成顯性失活效應的致病機理（Dominant-negative effect；圖1）。這也是率先從凝聚體的角度來剖析顯性負突變可能的致病機制。

北京大學生命學院胡家志與合作者揭示高IgM免疫缺陷的一種分子機制-肽度TIMEDOO

圖1. AID/AIDDC共凝聚導致免疫缺陷疾病的工作模型。在B淋巴細胞內(nèi)，野生型的AID能夠通過自身位于N端的入核信號而進入到細胞質(zhì)內(nèi)從而靶向到IgH區(qū)域，介導抗體類型轉換和體細胞高頻突變的發(fā)生；而當細胞內(nèi)含有單個AID的C端缺失突變體AIDDC時，野生型的AID會被AIDDC與其他無膜細胞器共同形成的凝聚體捕獲而進入到凝聚體內(nèi)，因此難以進入到IgH區(qū)域介導后續(xù)抗體類型轉換和體細胞高頻突變事件的發(fā)生

研究人員通過內(nèi)源蛋白標記以及CRISPR-Sirius靶向的手段，發(fā)現(xiàn)AIDDC在B淋巴細胞內(nèi)以凝聚體的形式存在，且這種凝聚體被隔絕在IgH區(qū)域之外，失去了靶向抗體基因的能力（圖2A）。為證實這種蛋白凝聚體的形成是導致AIDDC不能起始CSR的原因，研究人員將具有形成凝聚體能力的FUS蛋白偶聯(lián)在野生型AID的末端，發(fā)現(xiàn)野生型AID蛋白也具有了形成凝聚體的能力（圖2B）。與此同時，這種凝聚體的形成極大地降低了野生型AID-FUS蛋白介導的CSR事件發(fā)生頻率（圖2C）。這表明，蛋白凝聚體的形成是導致AIDDC不能靶向抗體基因區(qū)域并表現(xiàn)為免疫缺陷的原因。

北京大學生命學院胡家志與合作者揭示高IgM免疫缺陷的一種分子機制-肽度TIMEDOO

圖2. AIDDC形成的凝聚體與IgH區(qū)域隔絕從而抑制CSR的發(fā)生。A)通過CRISPR-Sirius靶向系統(tǒng)標記內(nèi)源AIDDC-GFP蛋白與抗體靶向基因IgH區(qū)域的定位；B)AID-FUS-GFP及其突變體在激活的原代B淋巴細胞內(nèi)的定位和分布圖；C)FACS分析AID-FUS及其突變體介導的抗體類型從IgM轉換為IgG1的比例

通過細胞內(nèi)共表達實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)，AIDDC凝聚體能夠特異性地捕獲細胞核內(nèi)游離的野生型AID進入到凝聚體內(nèi)（圖3A）。他們引入“optoDroplet”系統(tǒng)，驗證了AID蛋白N端的12aa序列以及位于AID的催化活性區(qū)域的4個精氨酸序列對于AIDDC形成凝聚體十分重要（圖3B）。當AIDDC或其他突變體與野生型AID蛋白共表達時，研究人員發(fā)現(xiàn)AID/AIDDC凝聚體能夠顯著降低野生型AID介導抗體類型轉換的能力（圖3C）。

北京大學生命學院胡家志與合作者揭示高IgM免疫缺陷的一種分子機制-肽度TIMEDOO

圖3. AID/AIDDC共凝聚導致顯性失活效應。A)過表達AID及AIDR190X在early G1期的CH12F3細胞中熒光成像，AID與AIDR190X在核內(nèi)形成共凝聚體；B)AID的N端無序序列和表面正電荷片區(qū)具有驅(qū)動蛋白凝聚的能力；C)突變驅(qū)動蛋白凝聚的N端序列或表面正電荷片區(qū)均可回補AIDR190X引發(fā)的顯性失活效應

胡家志和孟飛龍為文章的共同通訊作者。北京大學生命科學學院博士后甘婷婷和中科院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心謝霞博士、饒兵博士為文章的共同第一作者；張微微、楊定鵬等亦有重要貢獻。此外，該研究還得到哈佛醫(yī)學院Frederick Alt院士的支持和幫助。這項研究得到北大-清華生命科學聯(lián)合中心、科技部國家重大研發(fā)計劃、國家自然科學基金、細胞增殖與分化教育部重點實驗室以及生命科學學院儀器中心成像及流式平臺的大力支持。

來源：北京大學