中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)研究員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)研究所研究員葉菱秀研究組合作,發(fā)現(xiàn)了抗體基因 DNA 的特殊力學(xué)性能,其柔性決定了抗體“親和力成熟”過程中的基因突變效率。4 月 24 日,研究論文在線發(fā)表于《細(xì)胞》。
抗體是人體免疫系統(tǒng)對抗外界病原體入侵的“分子士兵”。當(dāng)病原體入侵免疫系統(tǒng)時,淋巴細(xì)胞通過基因突變等方式,利用 DNA 編碼多種多樣的抗體分子,“以萬變應(yīng)萬變”,針對性地產(chǎn)生能結(jié)合入侵病原體的抗體分子。這個過程被稱為抗體“親和力成熟”。
“從分子水平上看,抗體分子呈字母‘Y’形,像兩臂舉著武器的人?!泵巷w龍介紹說, “其頂端的氨基酸是識別病原體的‘武器’,而下方‘身體’部分的氨基酸則負(fù)責(zé)維持抗體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和信息傳遞。不同抗體分子擁有大致相同的‘身體’,但頂部的‘武器’卻千差萬別?!?/p>
該研究基于經(jīng)典生化方法與高通量測序技術(shù),建立了體外檢測抗體基因超突變的一系列新方法,從而揭示了抗體基因互補決定區(qū)(CDR)通過高度柔性特征引發(fā)超高突變的分子機(jī)理。
“在柔軟的地方,‘魔鬼教練’(工具酶)更容易訓(xùn)練該處的基因,從而產(chǎn)生更多突變。”論文第一作者、中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生王燕燕說,“這是‘魔鬼教練’和‘士兵材料’(底物 DNA)在漫長進(jìn)化過程中‘雙向奔赴’的結(jié)果?!?/p>
科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),相關(guān)機(jī)制在人類、猴子、小鼠、羊駝、兔子、狗甚至鴨嘴獸中普遍存在。
“在人體細(xì)胞內(nèi)部總長兩米的 DNA 鏈條上,有的地方筆直如橋梁,有的地方蜿蜒如鄉(xiāng)間小路?!泵巷w龍解釋說,“‘魔鬼教練’在橋梁上飛馳而過,在鄉(xiāng)間小路時則減速慢行。反映在抗體基因水平上,胞苷脫氨酶 AID 更傾向在柔軟的 DNA 區(qū)域引入更高的基因突變?!?/p>
研究發(fā)現(xiàn)在“抗體士兵”制造過程中,DNA的柔性發(fā)揮了重要作用。該工作為下一代抗體基因人源化動物模型的設(shè)計提供了底層理論。
原載于《中國科學(xué)報》 2023年4月26日 今日4版
作者:張雙虎 黃辛