面對層出不窮的新發(fā)病原體,動物體內(nèi)的“抗體工廠”B淋巴細胞是如何制造出相應(yīng)抗體“武器”的?這個困擾了科學(xué)家多年的難題,最近有了新解。4月24日深夜,國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細胞》在線發(fā)表了上??茖W(xué)家的研究論文。他們發(fā)現(xiàn),抗體基因DNA的力學(xué)性能,特別是柔性,決定了抗體親和力成熟過程中的基因突變效率。
抗體是人體免疫系統(tǒng)對抗外界病原體入侵的主要分子。在分子水平上,它們長得像一個兩臂舉著武器的“Y”型機器人,最頂端的氨基酸是識別病原體的“武器”,而下方“身體”部分則負責維持抗體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和信息傳遞。
在人體免疫系統(tǒng)中,B淋巴細胞是制造抗體分子的工廠。它可以解讀抗體基因遺傳信息,并將其加工為一個個合格的抗體分子。“胞苷脫氨酶AID”是B淋巴細胞工廠流水線上的“設(shè)計師”,它可以制造基因突變,從而塑造出一系列不同的抗體分子——在“武器”區(qū)域產(chǎn)生突變,可以讓抗體分子擁有不同“武器”;但如果突變產(chǎn)生在抗體分子的“身體”部位,則可能產(chǎn)生不合格抗體。
論文第一作者、分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生王燕燕告訴記者,根據(jù)新病原體留在體內(nèi)的抗原分子,“設(shè)計師”會在一系列突變出新“武器”的抗體分子中篩選出與抗原親和力最強的一種,進而大量制造,這就是抗體親和力的成熟過程。
1981年,美國免疫學(xué)家大衛(wèi)?巴爾的摩等人發(fā)現(xiàn),在抗體親和力成熟過程中,基因突變更傾向于發(fā)生在編碼識別病原體的“武器”區(qū)域。但其中原因一直未明。
此次,中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心孟飛龍研究組和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所葉菱秀研究組的合作研究發(fā)現(xiàn),原來抗體基因上“武器”區(qū)域更加柔軟,“身體”區(qū)域相對僵硬。在柔軟的地方,“設(shè)計師”更容易改動該處的堿基,從而產(chǎn)生更多突變。
事實上,DNA的這種不同剛?cè)崃Χ绕毡榇嬖谟谌梭w細胞內(nèi)總長2米的DNA鏈條上。孟飛龍研究員解釋,如果把DNA想象成一條道路,這條路有的地方剛硬筆直如橋梁,有的地方柔軟如彎曲“泥濘”的鄉(xiāng)間小路。類似胞苷脫氨酶AID的“設(shè)計師”們會在剛硬處飛馳而過,在“鄉(xiāng)間小路”上減速慢行,甚至駐足停留于兩旁的“村落”。當它們“駐足慢行”時,就可能造成更多的基因突變。
據(jù)悉,相關(guān)機制在人類、猴子、小鼠、羊駝、兔子、狗甚至鴨嘴獸中普遍存在。這提示DNA柔性等力學(xué)性質(zhì)可能在其它生命活動,比如腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
原載于文匯客戶端 2023年4月25日
作者:許琦敏