Ligase IV内含子调控元件通过转录调控指导胸腺细胞发育的机制研究

本研究揭示了Ligase IV（LIG4）在胸腺细胞发育中的关键转录调控机制。研究人员通过鉴定内含子调控元件（iRE），发现E2A/HEB依赖的LIG4阶段性高表达对V(D)J重组和DNA双链断裂（DSB）修复至关重要。该发现为理解淋巴细胞发育异常及急性淋巴细胞白血病（ALL）的NHEJ（非同源末端连接）通路失调提供了新视角。

　　

在生命活动中，DNA双链断裂（DSB）是最危险的DNA损伤形式，而Ligase IV（LIG4）作为非同源末端连接（NHEJ）修复的核心因子，其活性必须被精确调控——过度激活会导致基因组毒性，而表达不足则会影响发育。尤其在胸腺细胞中，LIG4介导的V(D)J重组是适应性免疫的关键步骤，但此前其转录调控机制尚不明确。这项发表在《Genes & Immunity》的研究，首次揭示了LIG4通过内含子调控元件（iRE）实现胸腺细胞特异性高表达的分子机制。

研究团队运用了多种关键技术：通过单细胞RNA-seq分析小鼠多组织Lig4表达谱；利用CRISPR-Cas9构建Lig4-iRE敲除小鼠模型；采用竞争性骨髓嵌合体实验评估发育缺陷；结合TCRβ高通量测序分析V(D)J重组效率；使用成像流式细胞术（ImageStream）量化辐射诱导的γH2AX焦点。

【LIG4在淋巴细胞前体中转录上调】

分析Tabula Muris单细胞数据发现，Lig4在pro-B细胞（平均CPM 2.04）和未成熟胸腺细胞中表达最高，是神经元表达的4倍。ImmGen数据库显示，Lig4在Hardy D期pre-B细胞和胸腺细胞中特异性高表达，而ALL患者中Lig4高表达与不良预后显著相关。

+免疫前体细胞中Lig4高表达；D B-ALL患者生存分析显示Lig4高表达组预后更差'>

【Lig4内含子调控元件的鉴定】

ATAC-seq显示胸腺细胞中Lig4基因座仅存在启动子和iRE两个开放区域，而胚胎大脑则具有远端调控元件。Hi-C数据证实胸腺细胞缺乏长程染色质互作，暗示iRE可能独立发挥作用。

【iRE缺失导致胸腺发育缺陷】

敲除iRE使胸腺Lig4表达降低70%（p<0.0001），Western blot验证蛋白水平下降。竞争性骨髓移植显示CD45.2⁺ iRE敲除细胞在胸腺中减少40%，DN2细胞比例异常增高，表明发育阻滞。

【V(D)J重组效率改变】

DN胸腺细胞的TCRβ测序显示，iRE敲除细胞中TRBV31使用率增加（p<0.01），CDR3连接区延长0.2个核苷酸，提示末端加工异常。

【辐射敏感性分析】

2Gy照射后，iRE敲除胸腺细胞的γH2AX焦点数量是野生型的2倍（p<0.01），但6小时后凋亡速率反而减慢，提示修复延迟引发不同死亡机制。

研究结论表明，Lig4-iRE通过招募E2A/HEB转录因子（图7C），在胸腺细胞中建立阶段性高表达程序，这对V(D)J重组的保真性和基因组稳定性至关重要。该发现不仅解释了LIG4在淋巴细胞发育中的精确调控机制，还为ALL等血液肿瘤的靶向治疗提供了新思路——靶向iRE或可调节NHEJ活性而不影响其他组织的基线修复需求。