Cell | 古老逆转录转座子被B细胞驯化促进抗体多样性

撰文 | 格格

B细胞通过V(D)J重组、类别转换重组（CSR）和体细胞高频突变（SHM）三大机制产生抗体多样性【1】。其中SHM是生发中心B细胞在已重排的VH(D)JH基因上引入点突变以实现亲和力成熟的关键过程，其核心执行酶是AID（活化诱导胞苷脱氨酶）【2】。然而，AID如何以极高的频率和特异性靶向Ig可变区，而非基因组中其他转录活跃区域，一直是领域内悬而未决的重要问题。目前提出的模型包括拓扑关联结构域、黏连蛋白介导的环挤出、G4核酸结构、非编码RNA及转录因子招募等，但这些机制均在基因组范围内普遍存在，无法充分解释IgH位点的高度偏好性突变。

近日，来自美国哥伦比亚大学的Uttiya Basu和香港科技大学的王吉光研究团队合作在Cell杂志发表题为Co-option of retrotransposons promotesantibody diversification的研究论文，该研究旨在探究AID精准靶向IgH可变区进行高频突变的分子机制，并发现位于VH基因上游的古老L1逆转录转座子通过招募HUSH复合物来引导AID至VH(D)JH区域，从而揭示了B细胞驯化逆转录转座子沉默通路以促进抗体多样化的全新机制。

首先，研究人员为了探究IgH位点VH基因上游是否存在独特的序列元件，对人和小鼠的VH基因座进行了系统性生物信息学分析。结果发现，约66%的人VH基因和相当比例的小鼠VH基因在转录起始位点上游2.5 kb范围内富集着古老的LINE-1（L1）逆转录转座子，而这些L1均属于进化上老旧、已丧失自主逆转座能力的亚家族。进一步比较发现，这种L1富集在VH基因上游具有显著特异性——其他类型的转座子（如SINE、DNA转座子）并无类似富集，且AID已知的脱靶基因上游也缺乏这种L1分布，表明VH上游L1可能是影响AID靶向性的潜在候选元件。

接着，研究人员利用携带VH4-34报告基因的Ramos B细胞系（该VH基因天然缺乏上游L1），通过基因敲入将L1元件插入VH4-34上游约600 bp处，构建了yesL1和noL1等基因细胞系。经诱导AID表达后，yesL1细胞的mCherry丢失率显著升高，靶向测序证实VH(D)JH区域整体突变频率增加，尤其体现在AID热点基序上。进一步通过AID ChIP-qPCR发现yesL1细胞中AID在VH(D)JH位点的结合显著增强。为验证这一现象是否在体内生理条件下成立，研究人员构建了四种VH基因（VH1-11、VH1-64、VH1-47、VH1-9）上游L1纯合敲除的小鼠品系，免疫后分选脾脏生发中心B细胞进行测序。结果显示，所有L1敲除小鼠中相应重排VH(D)JH基因的SHM频率均显著降低，而邻近VH基因的突变水平不受影响，证实L1驱动的SHM以顺式作用方式在体内促进其下游VH基因的突变。

研究人员进一步探索了VH上游L1招募AID的分子桥梁，发现HUSH复合物是关键介导者。在yesL1细胞中敲除HUSH任一亚基（TASOR、MPP8或PPHLN1）均可消除L1对SHM的增强效应，CUT&RUN证实yesL1细胞在VH(D)JH及上游L1区域富集了更高的HUSH复合物和H3K9me3修饰。B细胞特异性及全身性MPP8敲除小鼠的GC B细胞中，多个VH基因的SHM频率均显著降低，与L1敲除小鼠表型一致。PLA和免疫共沉淀证实AID与HUSH各亚基存在直接物理互作，且HUSH缺失导致AID在VH(D)JH的占据率下降。全基因组分析显示HUSH占据位点与AID脱靶基因座无重叠，表明HUSH-AID互作主要局限于IgH位点。

最后，研究人员探究了L1触发HUSH和AID募集的机制。由于老旧L1自身无法启动转录，研究发现重排后的VH启动子具有双向转录活性，能产生覆盖上游L1的长链反义RNA，且生发中心B细胞中VH反义转录强度显著高于CSR活化B细胞。CRISPR删除VH4-34启动子终止反义转录后，即使上游存在L1，SHM也消失，证实反义RNA是触发关键。将串联老旧L1插入BCL6、MYC和MKL1三个非Ig基因上游可显著提高其突变频率，而将同样L1片段插入VH4-34上游同样增强SHM。跨物种进化分析显示，约20种哺乳动物中VH上游L1富集高度保守，特定L1亚家族与特定VH家族在进化上配对存在，且携带L1的VH基因在COVID-19疫苗接种者中确实表现出更高的SHM水平，验证了该机制在人类中的生理相关性。

图一 古老逆转录转座子被B细胞驯化促进抗体多样性

总之，该研究揭示了B细胞通过“驯化”免疫球蛋白重链基因座上游进化上古老的LINE-1逆转录转座子，利用其转录产生的反义RNA招募HUSH复合物，进而引导AID精准靶向VH(D)JH基因进行体细胞高频突变，从而在促进抗体多样化的同时，揭示了逆转录转座子这一“基因组化石”在适应性免疫中被重新赋能的生理功能，并为理解先天免疫与适应性免疫之间的进化联系提供了全新视角。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00819-6

制版人： 十一

参考文献

1. Revy, P., Muto, T., Levy, Y., Geissmann, F., Plebani, A., Sanal, O., Catalan, N., Forveille, M., Dufourcq-Labelouse, R., Gennery, A., et al. (2000). Activation-induced cytidine deaminase (AID) deficiency causes the autosomal recessive form of the Hyper-IgM syndrome (HIGM2).Cell102, 565–575.

2. Muramatsu, M., Kinoshita, K., Fagarasan, S., Yamada, S., Shinkai, Y., and Honjo, T. (2000). Class Switch Recombination and Hypermutation Require Activation-Induced Cytidine Deaminase (AID), a Potential RNA Editing Enzyme.Cell102, 553–563.

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