AID/APOBEC 类胞苷脱氨酶是七鳃鳗基于 VLR（Variable Lymphocyte Receptor）的适应性免疫机制中的重要介导因子

本研究解析了 lamprey（Lethenteron reissneri）中CDA1基因的功能，发现其通过调控germline VLR位点的CDA相关调控区域，影响VLRB的组装与表达，揭示了 jawless vertebrates中适应性免疫的进化机制，并提示可能与基因组不稳定性相关。

严子豪|卢静静|周月曦|赵亮|李丁|贾慧宁|阿伊克坎·努尔马特|徐敏|张水园|庄瑞宇|庞雅|李铁松|孙峰|韩英伦

辽宁师范大学生命科学学院，中国大连116081

摘要

无颌脊椎动物由于其独特的系统发育位置，在适应性免疫的进化起源研究中具有重要价值。然而，无颌脊椎动物与有颌脊椎动物之间适应性免疫的趋同进化机制尚未完全阐明。

在本研究中，我们分析了七鳃鳗（Lethenteron reissneri）中的胞苷脱氨酶（CDAs），这些酶属于AID/APOBEC脱氨酶家族的成员。功能分析表明，Lr-CDA1在体内的活性与有颌脊椎动物中的激活诱导胞苷脱氨酶（AID）相当。Lr-CDA1的缺失破坏了三种可变淋巴细胞受体（VLRs）的组装，其中对VLRB的影响最为显著。

在七鳃鳗的生殖细胞VLR（gVLR）基因座中，我们发现了对VLR正确组装和多样化至关重要的调控区域。这些区域能够特异性结合Lr-CDA，其抑制作用会导致VLRB表达显著下调。

综上所述，我们的研究结果表明七鳃鳗具有通过CDA介导的VLR重排机制，该机制作用于生殖细胞VLRs，调控其组装、成熟和多样化。此外，Lr-CDA与肿瘤发生及染色体易位相关基因的关联揭示了免疫多样性与基因组不稳定性之间的古老分子联系。

部分内容摘录

引言

无颌脊椎动物（如七鳃鳗）为适应性免疫的进化起源提供了重要线索¹。通过比较它们的免疫系统与有颌脊椎动物的免疫系统，我们可以了解免疫复杂性和受体多样性的进化过程²。与依赖免疫球蛋白（Ig）的有颌脊椎动物不同，无颌脊椎动物缺乏Ig基因，而是依靠可变淋巴细胞受体（VLRs）来发挥免疫功能^{3, 4, 5, 6, 7}。

在七鳃鳗中，

七鳃鳗中CDA基因的鉴定及家族序列分析

我们在七鳃鳗（Lethenteron reissneri）的基因组中发现了三个编码胞苷脱氨酶家族成员的基因，分别命名为Lr-CDA1、Lr-CDA1L2和Lr-CDA2。多重序列比对显示，这三个基因含有特征性的HxE-PCxxC锌配位基序（其中‘x’代表任意氨基酸）（见补充图S1A）^{34, 35, 36, 37}。

系统发育分析表明，这三个基因与其他七鳃鳗物种中的CDA基因属于同一类别

讨论

胞苷脱氨酶（CDAs）在有颌脊椎动物的抗体多样化过程中起着关键作用，尤其是在体细胞突变和免疫球蛋白类别转换重组（CSR）过程中。然而，无颌脊椎动物中CDAs同源物如何促进可变淋巴细胞受体（VLRs）的多样化仍不明确。在本研究中，我们系统地分析了Lr-CADAs的分子功能及其与生殖细胞VLR（gVLR）基因座的关联，从而获得了新的见解

生物信息学分析

我们使用在线软件ExPASy的ProtParam工具（https://web.expasy.org/protparam）分析了L. reissneri CDA家族成员的氨基酸序列，并评估了它们与海七鳃鳗（Petromyzon marinus）及其他七鳃鳗CDA基因家族的同源性。其他物种的APOBEC家族基因序列来自NCBI，并输入BioEdit 7.0.9软件进行进一步分析

数据与材料获取

所有数据均可在正文或补充信息中找到。原始基因组测序数据和RNA-seq数据已存入美国国家生物技术信息中心数据库（https://www.ncbi.nlm.nih.gov），访问号为PRJNA558325。CDA1的RNA-seq原始序列数据已提交至NCBI基因表达组学数据库（GEO）（GSE252201）。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

其他信息

本文的补充信息可查阅。相关咨询及材料申请请发送至：[e-mail]（Y.L.H.）

致谢

概念提出：YLH和FS；方法设计：YLH、FS和TSL；实验实施：ZHY、J JL、LZ、DL、HNJ、YSZ、MX和AN；资金获取：YLH；项目管理：ZHY、J JL、YSZ和DL；监督：YSZ、YP和TSL；验证：SYZ、RYZ、YP和TSL；初稿撰写：ZHY、J JL、LZ、DL和YSZ；修订与编辑：ZHY、FS和YLH；所有作者均同意最终稿件内容。

致谢

我们感谢Max D. Cooper（埃默里大学，亚特兰大，GA）、Jonathan Rast（埃默里大学，亚特兰大，GA）、Thomas Boehm（马克斯普朗克研究所，DE）以及Isadora Olivé（伦敦大学学院，英国伦敦）提供的建议和支持。本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号32270557和31601865）、辽宁省教育厅项目（项目编号LJKZ0990）以及辽宁振兴人才计划（项目编号XLYC2007189）的资助。