PNAS｜張學(xué)飛團(tuán)隊(duì)揭示黏連蛋白亞基?Stag2?特異性調(diào)節(jié)抗體類別轉(zhuǎn)換的機(jī)制

適應(yīng)性免疫是脊椎動(dòng)物抵御多變病原體的核心防線，其中抗體類別轉(zhuǎn)換重組（CSR）是實(shí)現(xiàn)抗體功能多樣性的關(guān)鍵過(guò)程【1】。在CSR過(guò)程中，活化誘導(dǎo)的胞苷脫氨酶（AID）介導(dǎo)免疫球蛋白重鏈（Igh）恒定區(qū)不同抗體單元DNA重組，使抗體類型從IgM向IgG、IgA等亞型轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同種類的病原體的精準(zhǔn)免疫應(yīng)答【2, 3】。近年，染色質(zhì)環(huán)擠出模型被提出，用于闡明CSR過(guò)程中的重組中心形成，受體單元激活，供體和受體單元染色質(zhì)聯(lián)會(huì)及方向特異性末端連接修復(fù)過(guò)程【3-6】。黏連蛋白（Cohesin）是介導(dǎo)染色質(zhì)環(huán)擠出的核心復(fù)合物，而Stag1和Stag2是Cohesin復(fù)合物的兩個(gè)同源互斥亞基，兩者通過(guò)穩(wěn)定Cohesin環(huán)，在多種細(xì)胞過(guò)程中具有冗余或特異性功能【7, 8】。前期研究顯示，敲低Cohesin復(fù)合物的多個(gè)核心亞基（如Smc1、Smc3、Wapl、Nipbl）會(huì)導(dǎo)致CSR連接產(chǎn)物中微同源臂（MH）特征的顯著上升，提示這些Cohesin亞基可能通過(guò)影響不同DNA損傷修復(fù)通路的平衡調(diào)控CSR【9, 10】。然而Cohesin如何調(diào)節(jié)CSR過(guò)程中的染色質(zhì)動(dòng)態(tài)信息仍不清楚，且不同Cohesin亞基如何協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)CSR仍需深入研究。

近日，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）/北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心（ICG）張學(xué)飛研究員團(tuán)隊(duì)在PNAS發(fā)表題為Stag2-mediated chromatin dynamics regulates antibody class switch recombination的研究論文。該研究首次揭示了同為Cohesin穩(wěn)定因子，Stag2而非Stag1，作為Cohesin介導(dǎo)染色質(zhì)環(huán)擠出促進(jìn)CSR發(fā)生的關(guān)鍵因子，主導(dǎo)CSR過(guò)程中Igh的染色質(zhì)構(gòu)象和轉(zhuǎn)錄活性；Stag2可單方面補(bǔ)償CSR過(guò)程中Stag1在Igh的結(jié)合，進(jìn)一步闡明了Stag2在CSR過(guò)程中的特異性和不可或缺性。該研究加深了對(duì)Cohesin亞基協(xié)同調(diào)節(jié)CSR的理解。

研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)在CH12F3細(xì)胞中分別構(gòu)建了Stag1和Stag2的敲除細(xì)胞系，意外地發(fā)現(xiàn)只有Stag2的缺失導(dǎo)致CSR效率顯著下降，而Stag1缺失對(duì)CSR幾乎無(wú)影響。隨后通過(guò)CSR-HTGTS分析進(jìn)一步確認(rèn)Stag2缺失顯著減少了供體和受體單元之間的連接，但對(duì)連接產(chǎn)物的微同源臂（MH）特征無(wú)明顯影響，提示Stag2調(diào)控CSR的機(jī)制不依賴于之前研究提示的DNA損傷修復(fù)通路調(diào)控。

進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，Stag2通過(guò)調(diào)控Igh恒定區(qū)的染色質(zhì)構(gòu)象和轉(zhuǎn)錄狀態(tài)來(lái)發(fā)揮功能。3C-HTGTS分析顯示，Stag2缺失導(dǎo)致受體單元與CSR重組中心的染色質(zhì)相作顯著下降；同時(shí)，PRO-seq分析表明Stag2缺失顯著降低了受體單元的轉(zhuǎn)錄水平。相比之下，Stag1缺失對(duì)上述過(guò)程均無(wú)明顯影響。

Stag1和Stag2的ChIP-seq分析揭示了二者在Igh不同的結(jié)合特征：Stag2更傾向于結(jié)合于Igh的重組中心，而Stag1更傾向于結(jié)合于Igh的CTCF結(jié)合位點(diǎn)（3’CBEs）。有意思的是，當(dāng)Stag1缺失時(shí)，Stag2可進(jìn)一步補(bǔ)償Stag1在Igh的結(jié)合；而Stag2缺失后，Stag1在Igh的結(jié)合不僅不發(fā)生類似補(bǔ)償，相反Stag1在Igh的結(jié)合會(huì)進(jìn)一步降低。這種非對(duì)稱的補(bǔ)償現(xiàn)象，為理解Stag1和Stag2在CSR中的功能差異提供了線索。

此外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Stag2相較Stag1在小鼠和人的生發(fā)中心B細(xì)胞中具有更高的表達(dá)水平。在新冠疫苗接種者、感染者以及多種癌癥的腫瘤浸潤(rùn)B細(xì)胞中，Stag2的表達(dá)水平與CSR水平存在正相關(guān)。這些數(shù)據(jù)提示，Stag2作為介導(dǎo)CSR過(guò)程的重要調(diào)控因子，可能是CSR水平的一個(gè)潛在分子指標(biāo)。

圖1 Stag2-cohesin特異性調(diào)控 CSR過(guò)程

綜上，該研究首次揭示了Cohesin亞基Stag1和Stag2在CSR中的功能非對(duì)稱性，闡明了Stag2-cohesin是染色質(zhì)環(huán)擠出介導(dǎo)CSR發(fā)生的特異性調(diào)控分子。與之前研究提示Cohesin亞基通過(guò)影響DNA修復(fù)通路調(diào)控CSR不同，Stag2的調(diào)控機(jī)制不依賴于影響DNA修復(fù)模式，而是通過(guò)直接調(diào)控染色質(zhì)動(dòng)態(tài)（染色質(zhì)構(gòu)象和轉(zhuǎn)錄狀態(tài)）發(fā)揮作用。這一發(fā)現(xiàn)完善了對(duì)抗體類別轉(zhuǎn)換調(diào)控機(jī)制的理解，也為相關(guān)免疫缺陷或腫瘤免疫的研究提供了新的見(jiàn)解。

北京大學(xué)BIOPIC博士研究生萬(wàn)芷辰、余樂(lè)毅和楊子帆為論文共同第一作者，北京大學(xué)張學(xué)飛研究員為本文通訊作者。北京大學(xué)BIOPIC博士研究生羅莎（PTN項(xiàng)目）、周毓?jié)倘袅眨≒TN項(xiàng)目）、查海亮、單小玲、王一帆和李姝嬋參與該研究。

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42085150/

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1 Yewdell, W. T., Fernandez, K. C., Downs-Canner, S. M. & Chaudhuri, J. The Molecular Logic of Immunoglobulin Heavy Chain Class Switch Recombination.Annu Rev Immunol44, 527-551 (2026). https://doi.org/10.1146/annurev-immunol-082323-121803

2 Luo, S., Qiao, R. & Zhang, X. DNA Damage Response and Repair in Adaptive Immunity.Front Cell Dev Biol10, 884873 (2022). https://doi.org/10.3389/fcell.2022.884873

3 Zhang, Y., Zhang, X., Dai, H. Q., Hu, H. & Alt, F. W. The role of chromatin loop extrusion in antibody diversification.Nat Rev Immunol22, 550-566 (2022). https://doi.org/10.1038/s41577-022-00679-3

4 Zhang, X. et al. Fundamental roles of chromatin loop extrusion in antibody class switching.Nature575, 385-389 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1723-0

5 Zhang, X., Yoon, H. S., Chapdelaine-Williams, A. M., Kyritsis, N. & Alt, F. W. Physiological role of the 3'IgH CBEs super-anchor in antibody class switching.Proc Natl Acad Sci U S A118 (2021). https://doi.org/10.1073/pnas.2024392118

6 Luo, S. et al. Chromatin-intrinsic mechanisms determine orientation-specific class switch recombination.Nat Commun17 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70031-z

7 Davidson, I. F. & Peters, J. M. Genome folding through loop extrusion by SMC complexes.Nat Rev Mol Cell Biol22, 445-464 (2021). https://doi.org/10.1038/s41580-021-00349-7

8 Qi, S., Shi, Z. & Yu, H. Genome folding by cohesin.Curr Opin Genet Dev91, 102310 (2025). https://doi.org/10.1016/j.gde.2025.102310

9 Thomas-Claudepierre, A. S. et al. The cohesin complex regulates immunoglobulin class switch recombination.J Exp Med210, 2495-2502 (2013). https://doi.org/10.1084/jem.20130166

10 Enervald, E. et al. A regulatory role for the cohesin loader NIPBL in nonhomologous end joining during immunoglobulin class switch recombination.J Exp Med210, 2503-2513 (2013). https://doi.org/10.1084/jem.20130168

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

戰(zhàn)略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權(quán)歸文章作者所有，歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權(quán)利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點(diǎn)擊主頁(yè)推薦活動(dòng)

關(guān)注更多最新活動(dòng)！