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鱼类是脊椎动物适应性免疫起源的代表性物种，是研究适应性免疫系统发生与演化的重要模式生物。该研究以斑马鱼为模型，从近年来鉴定的鱼类新型免疫球蛋白IgZ/IgT入手，揭示了斑马鱼体细胞重排过程中，IgZ和IgM重链基因以独立且互斥的V(D)J重排方式，产生不同类别的IgZ和IgM抗体；深入解析了该独立重排事件的表观遗传调控机理。这一独特的抗体类别形成机制有别于经典的抗体类型转换或称同种型转换（class/isotype switch）学说，丰富了适应性体液免疫的相关理论。
中文题目：早期脊椎动物抗体类别形成的独特机制
英文原题：Mef2d Regulates Mutually Exclusive Expression of IgZ and IgM Isotypes through Epigenetic Modulation in a Zebrafish Model
通讯作者：邵建忠，浙江大学
项黎新，浙江大学
陈 烨，浙江大学
第一作者：纪剑飞，浙江大学
关键词：IgZ/IgM免疫球蛋白；体细胞互斥重排；Mef2d；表观遗传调控；Sin3/Hdac1复合体
长期以来，人们普遍认为适应性免疫是在5亿年前起源于变温脊椎动物的特异性免疫防御机制。免疫球蛋白是适应性免疫的关键效应分子。在早期变温脊椎动物中，鱼类被认为是适应性免疫起源的代表物种，因此，鱼类对于解析脊椎动物适应性免疫的系统发生和分子演化规律具有特殊重要的地位。与哺乳动物相比较，鱼类拥有IgM、IgD和IgZ（或称IgT）免疫球蛋白，而缺乏IgG、IgA和IgE等类型。其中IgZ/IgT是近年来首先在斑马鱼和虹鳟中发现的一类鱼类特异的免疫球蛋白，主要参与粘膜免疫和母源免疫传递。免疫球蛋白的类别或亚型通常由重链所定义。哺乳动物的免疫球蛋白重链基因（igh）由编码可变区（V）、多样区（D）、连接区（J）和不同类型抗体恒定区（C）的序列所组成，在B细胞分化过程中通过V(D)J重排和类别转化（CSR）机制产生不同类型（IgM/μ、IgD/δ、IgG/γ、IgA/α和IgE/ε）的抗体。与哺乳动物不同，鱼类缺乏编码γ、α和ε的外显子，也不含介导类别切换重组的转换（S）区。相反，它们在μ和δ外显子上游有额外编码IgZ/ζ或IgT/τ的基因。斑马鱼IgM/μ和IgZ/ζ重链基因（ighz和ighm）共享相同的V区，但彼此拥有独立的D区（Dμ/Dζ）和J区（Jμ/Jζ）（图1）。因此，IgM和IgZ的产生是通过独自的体细胞重排（而非类别转化）途径实现的。然而，目前对于这一重要事件的发生与分子调节机制尚不明确。
图1 斑马鱼免疫球蛋白重链基因座结构及其重排示意图
该研究首先通过斑马鱼脾脏单细胞转录组测序，在IgZ+ B细胞中筛选出差异表达的转录因子Mef2d。发现Mef2d能与ighm基因座下游增强子（3'Eμ）中的特异位点相结合，并招募Sin3/Hdac1复合体，导致3'Eμ区域的H3组蛋白去乙酰化。随后在甲基转移酶Setdb1和多梳抑制复合体成员Ezh2的作用下，3'Eμ区域形成H3K9me2/H3K27me2修饰。然后Cohesin复合物分别锚定在位于Cζ和Dμ1之间的IGCR1以及Cδ基因下游的3'CBE元件上，通过染色质环化，协助Mef2d/Sin3/Hdac1复合体从3′Eμ向远端的Dμ/Jμ区域移动，并在IgZ+ B细胞的Dμ/Jμ区域内建立抑制性H3K9me2/H3K27me2修饰。该修饰显著降低了重组酶Rag1/2对Dμ/Jμ区域的染色质可及性，从而沉默了ighm基因座的活性，确保了IgZ基因的重排。Mef2d的上述调节功能受到Il-7/Il-7R介导的p38 Mapk信号通路的调控（图2）。
图2 斑马鱼IgZ/IgM同种型互斥重排过程中ighm重组沉默的表观遗传调控机制
该研究揭示了低等脊椎动物拥有独特的抗体类别形成机制，这是对长期来基于哺乳动物适应性免疫研究而建立的抗体类别转换（class switch）经典理论的补充和发展，对跨物种深入理解脊椎动物适应性免疫的多样性形成机制及其复杂演化历程具有理论指导意义。
主要作者简介
邵建忠 浙江大学求是特聘教授、博士生导师。任浙江大学细胞工程研究所所长、浙江省细胞与基因工程重点实验室主任、浙江省细胞生物学学会理事长、浙江省转化医学学会理事长等职。从事比较与发育免疫学等研究。在国内外学术期刊发表论文200余篇，出版专著5部。
纪剑飞 2022年在浙江大学生命科学学院获得理学博士学位。主要研究方向为比较与发育免疫学。
引用本文
Jianfei Ji, Nan Zhang, Chongbin Hu et al., Mef2d regulates mutually exclusive expression of IgZ and IgM isotypes through epigenetic modulation in a zebrafish model. Fundamental Research, doi.org/10.1016/j.fmre.2024.04.019.
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824002012
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