PNAS：高通量测序揭示B细胞的生死抉择

　　

生物通报道：作为机体免疫应答的中坚力量，B细胞时刻准备着识别和摧毁入侵机体的抗原（包括感染和癌细胞）。为了做好这项工作，每一个新生B细胞都配备了高度特异性的武器——与抗原特定部分选择性结合的抗体蛋白。B细胞的成熟要经过仔细的筛选，要么被选中得以成熟，要么被淘汰而死去。这一过程的关键在于，决定B细胞特异性的抗原结合区域。

日前，BIDMC（Beth Israel Deaconess Medical Center）的研究人员在高通量测序技术的帮助下，发现了一个不依赖于抗原结合区的B细胞筛选机制，这项研究发表在本周的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

“B细胞在疫苗接种、感染、自身免疫、衰老和癌症中具有必不可少的作用，”文章的资深作者，BIDMC的Ramy Arnaout说，他也是哈佛医学院的病理学助理教授。“我们惊讶的发现，抗体的非抗原结合部分也能够决定B细胞的生存，特别是连接着抗原结合区和信号传导区的‘肘部’。”

B细胞的抗体生成需要将一组基因混搭在一起（VDJ重组）。这三种基因组成的区域是抗体上最多样化的部分，也被称为互补决定区CDR3。

“长期以来，CDR3被认为是抗原结合最重要的决定因素，”Arnaout说，他一直致力于免疫组学研究。因此免疫学家在研究感染过程和开发新疫苗时，往往将注意力集中在CDR3上，认为抗体的其他部分都是次要的。（延伸阅读：Nature重大发现，免疫与炎症划清三八线？）

在这项新研究中，Arnaout和同事选取了小鼠的不成熟和成熟B细胞，对两百八十万重组的重链基因进行了深度测序。“最初我们是想研究，在B细胞的成熟过程中，CDR3区域的选择如何改变抗体库（antibody repertoire），”Arnaout说。但他们意外发现了抗体“肘部”区域的重要性，这一区域由重链可变区（VH）编码，位于抗体可变区和保守区域之间。

研究人员发现，肘部区域比较“松散”的B细胞更容易成熟，其效果不依赖于CDR3序列。而且这样的选择机制要大于以CDR3为基础的B细胞筛选。

“B细胞的选择和成熟依赖于信号传导，”Arnaout解释道。“抗原结合就是信号，但它需要经过肘部才能传达给细胞。正因如此，之前有研究显示，破坏肘部会在不影响抗原结合的情况下中止信号传导。我们认为，松散肘部可能影响了细胞对抗体结合的感知，细胞在此基础上决定是上前抵抗还是鸣金收兵。”

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

Antibody repertoire deep sequencing reveals antigen-independent selection in maturing B cells

Antibody repertoires are known to be shaped by selection for antigen binding. Unexpectedly, we now show that selection also acts on a non–antigen-binding antibody region: the heavy-chain variable (VH)–encoded “elbow” between variable and constant domains. By sequencing 2.8 million recombined heavy-chain genes from immature and mature B-cell subsets in mice, we demonstrate a striking gradient in VH gene use as pre-B cells mature into follicular and then into marginal zone B cells. Cells whose antibodies use VH genes that encode a more flexible elbow are more likely to mature. This effect is distinct from, and exceeds in magnitude, previously described maturation-associated changes in heavy-chain complementarity determining region 3, a key antigen-binding region, which arise from junctional diversity rather than differential VH gene use. Thus, deep sequencing reveals a previously unidentified mode of B-cell selection.