文章信息
文章題目：Mesoscale DNA Feature in Antibody-Coding Sequence Facilitates Somatic Hypermutation
期刊：Cell
發(fā)表時(shí)間：2023年4月24日
主要內(nèi)容：中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心孟飛龍團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所葉菱秀團(tuán)隊(duì)，在Cell雜志上發(fā)表了文章 Mesoscale DNA Feature in Antibody-Coding Sequence Facilitates Somatic Hypermutation，該研究在DNA中尺度水平揭示了抗體基因CDR超突變背后的生化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)進(jìn)化中抗體基因CDR編碼區(qū)DNA序列富含柔性基序，更易捕獲AID進(jìn)而導(dǎo)致了突變偏好的發(fā)生，解決了困擾這一領(lǐng)域40多年的科學(xué)難題，為下一代抗體基因人源化動物模型設(shè)計(jì)提供了底層理論。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.03.030
使用TransGen產(chǎn)品：
TransStart? FastPfu DNA Polymerase(AP221)
研究背景
多樣化抗體構(gòu)成的抗體庫在免疫系統(tǒng)抵御病原體侵染過程中發(fā)揮了重要作用。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)采用多種抗體多樣化策略提高抗體基因的多樣性，包括核酸內(nèi)切酶RAG介導(dǎo)的V(D)J重排以及胞苷脫氨酶AID（Activation-induced cytidine Deaminase）介導(dǎo)的體細(xì)胞高頻突變（Somatic Hypermutation, SHM）、抗體類型轉(zhuǎn)換（Class Switch Recombination, CSR）、抗體基因轉(zhuǎn)換（Gene conversion, GCV）等。
體細(xì)胞高頻突變過程中，胞苷脫氨酶AID利用轉(zhuǎn)錄過程中產(chǎn)生的ssDNA作為底物，在抗體基因可變區(qū)，尤其是可變區(qū)內(nèi)的互補(bǔ)決定區(qū)（CDR）引入高頻率的點(diǎn)突變。早在上世紀(jì)80年代，科學(xué)家們便提出了為什么CDR具有偏好性突變這個(gè)問題，但是四十多年來，領(lǐng)域內(nèi)一直沒有給出令人信服的答案。
文章概述
研究人員首先利用體外生化實(shí)驗(yàn)，獲取了27個(gè)物種中1000余條抗體基因序列的體外突變信息，發(fā)現(xiàn)CDR超突變偏好在使用體細(xì)胞高頻突變作為主要抗體多樣化策略的四足動物（簡稱‘SHM’四足動物，包括人、恒河猴、食蟹猴、小鼠、大鼠、狗、鴨嘴獸以及羊駝等）中高度保守，暗示了CDR編碼區(qū)的DNA序列上下文可能影響了突變偏好。
CDR突變偏好具有進(jìn)化保守性
隨后，為進(jìn)一步探究DNA序列對抗體基因突變頻率的影響，研究人員首先將小鼠體內(nèi)一段抗體基因可變區(qū)的DNA序列進(jìn)行隨機(jī)替換，發(fā)現(xiàn)新的序列環(huán)境顯著改變了原始位點(diǎn)的突變頻率。緊接著，研究人員聚焦于抗體基因的CDR3區(qū)域，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)對CDR3區(qū)域DNA序列進(jìn)行改造，快速獲得了十幾個(gè)擁有不同CDR3 DNA序列環(huán)境的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)序列改變對CDR3區(qū)域內(nèi)的突變頻率造成了不同程度的影響，并且序列改變越靠近AID的作用位點(diǎn)，對突變頻率的影響越大。
為深入挖掘DNA序列特征，研究人員結(jié)合分子動力學(xué)模擬和單分子生化方法，發(fā)現(xiàn)DNA序列柔性越大越有利于結(jié)合AID，進(jìn)而有助于突變的發(fā)生。單鏈DNA的柔韌性與嘧啶-嘧啶二核苷酸的含量呈正相關(guān)。最后通過分析抗體基因序列特征，研究人員發(fā)現(xiàn)抗體基因CDR的編碼序列在進(jìn)化中獲得了高度柔性的特征。利用柔性序列元件，可以在小鼠體內(nèi)將突變“冷區(qū)”轉(zhuǎn)變?yōu)橥蛔儭盁狳c(diǎn)”。
DNA柔性序列可以將突變“冷區(qū)”逆轉(zhuǎn)為突變“熱點(diǎn)”
綜上，這項(xiàng)工作從經(jīng)典的生化方法出發(fā)，聯(lián)合高通量測序技術(shù)、分子動力學(xué)模擬和單分子生化方法等多種研究手段，在生化、細(xì)胞和小鼠模型三個(gè)層面全面揭示了一種在多數(shù)物種中普遍存在的通過DNA柔性調(diào)控抗體基因超突變的分子機(jī)制。為DNA力學(xué)性質(zhì)調(diào)控細(xì)胞生命活動提供了有力的實(shí)證，揭示了編碼密碼子的非編碼功能。
CDR區(qū)序列的柔韌性決定了偏好性突變
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金的PCR產(chǎn)品TransStart? FastPfu DNA Polymerase(AP221)助力本研究。
TransStart? FastPfu DNA Polymerase(AP221)
產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 快速：4 kb/min 的延伸速度。
? 高保真性：保真性為普通 Taq 酶的 54 倍，普通 Pfu 酶的 3 倍。
? 長片段擴(kuò)增：基因組 DNA 片段的擴(kuò)增可達(dá) 15 kb，Plasmid DNA 片段的擴(kuò)增可達(dá) 20 kb。
? 高特異性：采用 “TransStart” 雙封閉法新型熱啟動技術(shù)，同時(shí)封閉引物和模板。
? 擴(kuò)增能力強(qiáng)：獨(dú)有的 PCR Stimulant，提升該酶對復(fù)雜模板的擴(kuò)增能力。
? 擴(kuò)增產(chǎn)物為平端，可直接克隆于 pEASY? -Blunt 系列載體中。
全式金產(chǎn)品再一次登上cell期刊，證明了大家對全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金一直以來秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
使用TransStart? FastPfu DNA Polymerase(AP221)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：
? Zong Y, Liu Y J, Xue C X, et al. Mesoscale DNA Feature in Antibody-Coding Sequence Facilitates Somatic Hypermutation [J].Cell, 2023.
? Zhang H, Zhu Y B, Liu Z W, et al. A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness [J]. Cell, 2022.
? Lei Z X, Meng H W, Liu L L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutation [J]. Nature, 2022.
? Zhang H L, Yu F F, Xie P, et al. An engineered prime editor with enhanced editing efficiency in plants [J]. Nature Biotechnology, 2022.
? Lin Q P, Jin S, Zong Y, et al. High-efficiency prime editing with optimized, paired pegRNAs in plants [J]. Nature Biotechnology, 2022.
? Jin S, Lin Q, Luo Y, et al. Genome-wide specificity of prime editors in plants [J]. Nature Biotechnology, 2021.
? Song B, Chen Y, Liu X, et al. Ordered assembly of the cytosolic RNA-sensing MDA5-MAVS signaling complex via binding to unanchored K63-linked poly-ubiquitin chains [J]. Immunity, 2021.
? Wang S X, Zong Y, Lin Q P, et al. Precise, predictable multi-nucleotide deletions in rice and wheat using APOBEC–Cas9 [J]. Nature Biotechnology, 2020.
? Li C, Zhang R,Meng X B, et al. Targeted, random mutagenesis of plant genes with dual cytosine and adenine base editors [J]. Nature Biotechnology, 2020.
? Liu Q, Zong Y, Xue C, et al. Prime genome editing in rice and wheat [J]. Nature Biotechnology, 2020.
