粘连蛋白释放因子Wapl促进V基因重排的机制学术资讯

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细胞核内的一些生物学过程，比如V(D)J重排，通常是由染色体三维构象所调控，包括染色体区室（compartments）【1】、拓扑相关结构域（topologically associated domains, 简称TADs）【2,3】和染色质环（chromatin loop）【4】等。TADs是由染色质环挤出（chromatin-loop extrusion）所形成的【5-7】，而这一过程依赖于圆环形状的粘连蛋白复合物（cohesion complex）【8-12】。与之相对应的是，粘连蛋白释放因子Wapl可以限制染色质环的延伸（loop extension），从而起到负向调控的作用。
一系列抗体的产生，构成了体液免疫抵御外来病原体的主要成分，而抗体的多样性，是由V(D)J重排所实现的，这一过程，依赖于Pax5所介导的2.8Mb长免疫球蛋白重链（immunoglobulin heavy chain，简称lgh）位点的收缩。然而在前体B细胞（pre-B cells）中，Pax5是如何调控lgh收缩的，仍旧不得而知。
近日，来自奥地利Vienna Biocenter的Meinrad Busslinger研究组在Nature上发表题为Wapl repression by Pax5 promotes V gene recombination by Igh loop extrusion的文章，阐明Pax5通过抑制Wapl，从而实现对lgh的调控。

因为染色质环挤出依赖于黏连蛋白复合物，所以，作者首先研究在前体B细胞中，粘连蛋白复合物各组分的表达是否发生变化。作者发现，在RNA水平上，相较于其他种类的免疫细胞，前体B细胞和原B细胞（pro-B cell）的的Wapl水平下调了四倍。蛋白质水平也有类似的发现。这些结果暗示，黏连蛋白释放因子Wapl的下调，很可能增加黏连蛋白在染色质上的存留时间。
有报道指出，Pax5可以调控lgh位点收缩，作者接下来探讨，Pax5是否可以影响Wapl在前体B细胞中的表达。作者通过Pax5基因缺陷小鼠发现，缺失了Pax5的前体B细胞，Wapl的mRNA水平增加了4~6倍。另外，前体B细胞中，Wapl上存在2个Pax5结合位点P1和P2，而在成熟的B细胞中，结合位点降低至1个（仅存P2）。这些结果说明，在前体B细胞中，Pax5可以抑制Wapl水平。
在P1敲除小鼠中，骨髓中的B细胞发育基本上停留在前体B细胞阶段，这说明，B细胞发育是受Wapl上Pax5结合位点P1所调控的。另外，通过VDJ测序，作者发现，P1敲除的小鼠，前体B细胞中VDJH的重排比例显著降低。而在Pax5敲除小鼠中，也同样发现类似的现象，并且，Pax5小鼠lgh位点无法进行收缩。这些结果说明，Wapl上的Pax5结合位点P1可以诱导lgh染色质环挤出。
最后，作者关注Pax5对Wapl的抑制，是否会影响前体B细胞整个染色体的结构。作者发现，只有在B细胞发育的早期阶段，Pax5可以影响黏连蛋白在染色质上的驻留时间。并且，与正常的前体B细胞相比，Pax5敲除小鼠的前体细胞和P1,P2敲除的前B细胞，其TADs中染色质环的形成水平显著降低；与此相对的是，大片段的染色质收缩，从而形成染色体间隔的水平，却大大升高。这些结果说明，在原B细胞中，Pax5的结合位点P1所诱导的Wapl水平降低，明显影响了整个细胞的染色体结构。
综上所述，作者发现，在前体B细胞和原B细胞中，Pax5可以抑制黏连蛋白释放因子Wapl的表达，从而延长黏连蛋白在染色质上的驻留时间，进而促进染色质环挤出水平的升高。这一过程是通过Wapl上的Pax5结合位点P1实现的。而且，Wapl表达水平的降低，可以引起染色体结构的整体变化，这也是前体B细胞中发生高水平的V基因重排的可能原因之一。
值得一提的是，就在这篇Nature上线后的次日，预印本bioRxiv上在线发布了来自哈佛大学Frederich Alt实验室题为“Loop Extrusion Mediates Physiological Locus Contraction for V(D)J Recombination”的类似工作，同样证明了Wapl通过影响染色质环挤出影响基因重排的重要作用。

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