上海交大／中科院合作解开抗体研究40年难题，为开发超级抗体奠定基础

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　　作者：Jevin

　　导读：体细胞高频突变过程中，胞苷脱氨酶AID利用转录过程中产生的ssDNA作为底物，在抗体基因可变区，尤其是可变区内的互补决定区（CDR）引入高频率的点突变。早在上世纪80年代，科学家们就观察到突变总是倾向积累在CDR区的现象，但是隐藏在这一科学现象背后的机制一直未知。

　　2023年4月24日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心孟飞龙团队和上海交大医学院上海市免疫学研究所叶菱秀团队在国际顶尖学术期刊《Cell》发表了研究长文。该研究系统揭示了抗体基因互补决定区（CDR）偏好性突变背后的生化机制。这项研究解决了困扰免疫学家40多年的科学难题，为优化现有动物模型及推动下一代抗体基因人源化动物模型的发展提供了全新的见解。

　　https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00327-6

　　研究方法

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　　研究团队首先从经典的生化方法出发，建立了AID体外生化反应新方法，通过分析27种有颌脊椎动物的超1000条抗体重链基因序列的体外突变特征，发现CDR突变偏好在使用体细胞高频突变（SHM）作为主要抗体多样化策略的四足动物中高度保守，暗示了CDR突变偏好受DNA序列上下文的影响。

　　研究过程

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　　为进一步探索DNA序列对抗体基因突变频率的影响，研究人员首先将小鼠体内一段抗体基因可变区的DNA序列进行随机替换，发现可变区内突变频率发生了显著改变。随后，研究人员聚焦于抗体基因的CDR3区域，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术对CDR3区域DNA序列进行改造，快速获得了十几个拥有不同CDR3 DNA序列环境的小鼠模型，发现序列改变对CDR3区域内的突变频率造成了不同程度的影响，并且序列改变越靠近AID的作用位点，对突变频率的影响越大。

　　为了深入挖掘DNA序列特征，研究团队结合分子动力学模拟及单分子荧光相关光谱实验证明了AID的靶向偏好受单链DNA底物柔韧性的直接调控，尤其是紧邻AID作用位点WRC上游的6nt DNA序列组成。该位置富含嘧啶-嘧啶二核苷酸的柔性DNA序列有利于结合AID，进而有助于突变的发生。

　　研究意义

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　　该研究揭示了SHM中CDR超易变性的分子机制，其中高WRC密度和中尺度DNA柔韧性都有助于CDR-vs.-FR的超易变性变化。IgV编码序列在促进AID脱氨酶活性方面发挥非编码作用，这一特征可用于在“冷区”释放AID诱变能力。

　　总之。研究从经典的生化方法出发，联合高通量测序技术、分子动力学模拟和单分子生化方法等多种研究手段，在生化、细胞和小鼠模型三个层面全面揭示了一种在多数物种中普遍存在的通过DNA柔性调控抗体基因超突变的分子机制。为DNA力学性质调控细胞生命活动提供了有力的实证，揭示了编码密码子的非编码功能。

　　参考资料：

　　https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00327-6

　　注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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