DIS3通过调控着丝粒RNA维持人类B细胞增殖与浆细胞分化的基因组稳定性

《Cellular & Molecular Immunology》：DIS3 licenses B cells for plasma cell differentiation in humans

本研究针对DIS3基因突变在多发性骨髓瘤(MM)中高发但其功能机制不清的问题，通过反义寡核苷酸(ASO)敲低人原代B细胞DIS3表达，发现DIS3缺失会通过积累着丝粒非编码RNA(cenRNA)引起CENP-A蛋白定位异常，导致细胞周期阻滞、浆细胞(PC)分化受阻和免疫球蛋白类别转换重组(CSR)缺陷，同时显著增加基因组不稳定性。该研究首次揭示了DIS3在人类B细胞终末分化中的关键作用，为MM发病机制提供了新见解。

　　

在免疫系统的精密调控网络中，B细胞的终末分化为浆细胞是抗体介导的体液免疫核心环节。这一过程伴随着剧烈的细胞增殖、基因组重排和表观遗传重塑，其中类别转换重组(CSR)和体细胞超突变(SHM)是塑造抗体多样性的关键机制。然而，这些涉及DNA断裂的重组过程也潜藏着基因组不稳定的风险，尤其与B细胞恶性肿瘤如多发性骨髓瘤(MM)的发生密切相关。DIS3作为核RNA外切体的核心催化亚基，在RNA加工和降解中发挥重要作用，其基因异常在MM患者中检出率高达10-15%，且与不良预后相关。尽管小鼠研究表明DIS3参与B细胞发育阶段的V(D)J重组，但其在人类浆细胞分化特别是病理转化中的具体功能仍属未知。

为了揭示DIS3在浆细胞分化中的功能，Emma Migliarina等研究人员建立了一套高效的研究体系。他们采用反义寡核苷酸(ASO)策略特异性敲低人原代B细胞中DIS3的表达，模拟MM患者的DIS3功能缺失状态。研究团队利用经过充分验证的体外浆细胞分化模型，通过多时间点的ASO处理、流式细胞术监测细胞增殖与分化标志物(CFSE稀释、CD38/CD138表达)、转录组测序(RNA-seq)、酶联免疫吸附试验(ELISA)检测免疫球蛋白分泌、线性扩增介导的高通量全基因组易位测序(LAM-HTGTS)分析DNA重组事件，以及R环鉴定辅助核酸酶(RIAN)实验等多种技术手段，从表型到机制进行了系统探索。特别值得注意的是，研究还整合了对大型MM患者队列(包括TT2、HM和Mulligan队列)的基因组数据进行分析，使基础研究发现与临床数据相互印证。

DIS3表达在病理生理浆细胞中的特征

研究人员首先通过分析多个MM患者队列发现，DIS3高表达患者的总生存期显著优于低表达患者，提示DIS3表达水平与MM严重程度相关。单细胞RNA测序数据显示，DIS3主要在细胞周期S期和G₂/M期的浆细胞前体细胞(prePBs和PBs)中高表达，表明其与细胞增殖密切相关。研究团队成功开发出靶向DIS3所有转录本的反义寡核苷酸，能有效诱导外显子跳跃，使DIS3 mRNA和蛋白水平分别降低95%和80%，为后续功能研究提供了可靠工具。

DIS3是B细胞增殖和浆母细胞分化的必要条件

在浆细胞分化关键阶段(D4-D7)，DIS3缺失导致CFSE^high CD38^-活化B细胞积累，而CFSE^low CD38⁺浆母细胞比例显著减少，表明细胞分裂受阻。RNA外切体化学抑制剂ERD03处理再现了类似表型，证明这一效应特异性源于RNA外切体功能受损。DIS3缺陷细胞的免疫球蛋白分泌量全面下降，其中IgG降幅达75%，即使校正细胞数量后，IgA和IgG分泌缺陷依然存在，提示DIS3直接影响类别转换效率或抗体分泌功能。

DIS3改变重塑转录组景观

转录组分析显示DIS3缺失引起有限但关键的基因表达变化，包括细胞周期相关基因(如CCNA2、CCNC)、核糖体蛋白基因表达下调。基因集富集分析(GSEA)证实细胞周期、增殖、微管细胞骨架和着丝粒蛋白定位通路显著受损。特别值得注意的是，DIS3缺陷细胞中IGHA转录本比例增加，而IGHG比例下降，这一现象在DIS3突变MM患者中也得到验证，患者队列中IgA型MM比例显著升高。此外，轻链使用也出现失衡，λ轻链(IGLC)表达增加，与MM患者数据一致。

DIS3缺陷细胞中非编码着丝粒RNA积累

RNA测序发现在DIS3缺陷细胞中，着丝粒相关非编码RNA(cenRNA)大量积累，幅度达2-5倍，而LINE和LTR等重复序列RNA无明显变化。cenRNA在浆细胞分化过程中呈现动态表达，终末分化细胞(D10)比静息B细胞(D0)升高约20倍。RIAN实验证实DIS3缺失导致着丝粒区域R环(RNA-DNA杂交体)显著积累，且这一积累可被RNase H处理消除。共聚焦显微镜观察发现，DIS3缺陷细胞中着丝粒特异性组蛋白变体CENP-A信号强度降低且分布弥散，表明着丝粒结构完整性受损。

DIS3缺陷细胞中的基因组不稳定性

流式细胞术分析显示DIS3缺失削弱了体外CSR效率，IgG⁺细胞比例显著降低。LAM-HTGTS技术精准捕获DNA重组连接点，发现DIS3缺陷细胞中Sγ区域生理性CSR连接减少，而异常 intra-Sμ重组(Sμ区域内部修复)比例增加，表明DNA断裂修复偏向错误途径。对3077例MM患者的基因组分析发现，DIS3突变患者中14q32易位(涉及IGH基因座)发生率比DIS3野生型患者高约80%，包括t(4;14)、t(11;14)、t(14;16)和t(14;20)等常见易位类型。DIS3突变谱分析显示，除非编码突变外，蛋白编码突变中以位于RNB结构域(D479、D488、R780)的错义突变为主，这些突变可能影响DIS3的外切核糖核酸酶活性。

本研究系统阐明了DIS3在人类浆细胞分化中的多重功能：通过降解着丝粒非编码RNA维持正常的着丝粒结构和细胞周期进程；通过处理IGH基因座相关R环促进生理性DNA重组；同时作为基因组守护者防止病理性染色体易位。DIS3功能缺失导致cenRNA/CENP-A失衡、细胞增殖受阻、CSR效率下降和基因组不稳定性增加，这为理解DIS3突变如何促进MM发生发展提供了机制解释。值得注意的是，DIS3缺陷引起的IgA/IgG比例失衡和轻链使用偏好与MM患者临床特征高度一致，强化了实验发现与疾病相关性。该研究不仅深化了对RNA外切体在免疫细胞分化中作用的认识，也为MM的分子分型和靶向治疗提供了新思路。研究成果发表于《Cellular & Molecular Immunology》，为B细胞生理与病理研究领域作出了重要贡献。