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
主要內容：中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng )新中心孟飛龍團隊聯(lián)合上海交通大學(xué)醫學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所葉菱秀團隊，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制，發(fā)現進(jìn)化中抗體基因CDR編碼區DNA序列富含柔性基序，更易捕獲AID進(jìn)而導致了突變偏好的發(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(dòng)物模型設計提供了底層理論。
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
多樣化抗體構成的抗體庫在免疫系統抵御病原體侵染過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。適應性免疫系統采用多種抗體多樣化策略提高抗體基因的多樣性，包括核酸內切酶RAG介導的V(D)J重排以及胞苷脫氨酶AID（Activation-induced cytidine Deaminase）介導的體細胞高頻突變（Somatic Hypermutation, SHM）、抗體類(lèi)型轉換（Class Switch Recombination, CSR）、抗體基因轉換（Gene conversion, GCV）等。
體細胞高頻突變過(guò)程中，胞苷脫氨酶AID利用轉錄過(guò)程中產(chǎn)生的ssDNA作為底物，在抗體基因可變區，尤其是可變區內的互補決定區（CDR）引入高頻率的點(diǎn)突變。早在上世紀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(wèn)題，但是四十多年來(lái)，領(lǐng)域內一直沒(méi)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，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CDR超突變偏好在使用體細胞高頻突變作為主要抗體多樣化策略的四足動(dòng)物（簡(jiǎn)稱(chēng)‘SHM’四足動(dòng)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一段抗體基因可變區的DNA序列進(jìn)行隨機替換，發(fā)現新的序列環(huán)境顯著(zhù)改變了原始位點(diǎn)的突變頻率。緊接著(zhù)，研究人員聚焦于抗體基因的CDR3區域，利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)對CDR3區域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)現序列改變對CDR3區域內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，研究人員結合分子動(dòng)力學(xué)模擬和單分子生化方法，發(fā)現DNA序列柔性越大越有利于結合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(guò)分析抗體基因序列特征，研究人員發(fā)現抗體基因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，可以在小鼠體內將突變“冷區”轉變?yōu)橥蛔儭盁狳c(diǎn)”。
DNA柔性序列可以將突變“冷區”逆轉為突變“熱點(diǎn)”
綜上，這項工作從經(jīng)典的生化方法出發(fā)，聯(lián)合高通量測序技術(shù)、分子動(dòng)力學(xué)模擬和單分子生化方法等多種研究手段，在生化、細胞和小鼠模型三個(gè)層面全面揭示了一種在多數物種中普遍存在的通過(guò)DNA柔性調控抗體基因超突變的分子機制。為DNA力學(xué)性質(zhì)調控細胞生命活動(dòng)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(cháng)片段擴增：基因組 DNA 片段的擴增可達 15 kb，Plasmid DNA 片段的擴增可達 20 kb。
? 高特異性：采用 “TransStart” 雙封閉法新型熱啟動(dòng)技術(shù)，同時(shí)封閉引物和模板。
? 擴增能力強：獨有的 PCR Stimulant，提升該酶對復雜模板的擴增能力。
? 擴增產(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)力的認可，也完美詮釋了全式金一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶(hù)”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(lái)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.
