2026年04月14日下午，受生命科学联合中心PI胡家志邀请，哈佛医学院讲席教授、波士顿儿童医院PCMM系主任Frederick W. Alt教授在北京大学金光生命科学大楼101报告厅进行了题为“The Fundamental Roles of Chromatin Loop Extrusion in Antibody Diversification”的学术报告。
图1：Frederick W. Alt教授报告现场
B细胞通过V(D)J重排产生多样化的抗体，是适应性免疫的核心。由RAG核酸酶介导的这一过程，需要将染色体上远距离分布的V、D、J基因片段精准连接。然而，RAG如何在长达数兆碱基的基因座上远距离搜索并定位到正确的重组信号序列（RSS），其背后的机制长期未被阐明。
在本次报告中，Frederick W. Alt首先介绍了V(D)J重排的基本规则——“12/23规则”，随后重点阐述了团队的核心发现：RAG并非随机扩散寻找目标，而是依赖于cohesin（黏连蛋白）介导的环挤压进行线性染色质扫描。这一机制在抗体重链（IgH）和轻链（Igκ）基因座中均得到验证。
在Igκ基因座，Alt教授进一步揭示了受体编辑的分子机制：初级重排主要由Jκ1启动，但上游Cer/Sis调控元件会物理性阻断RAG向远端Vκ区域的线性扫描，使其形成一个暂时的重排中心，通过扩散作用完成首次重排；当初级重排失败时，Jκ2、Jκ4或Jκ5可形成新的重排中心，绕过Cer/Sis屏障，启动线性扫描介导的次级重排。该发现为理解抗体多样性的产生提供了机制层面的新见解。
一、V(D)J重排的基本规则：“12/23规则”与重组信号序列
报告首先回顾了V(D)J重排的基本原理。核酸内切酶RAG能够特异性识别抗体基因片段两侧的重组信号（Recombination Signal Sequence, RSS）。RSS由较为保守的七聚体序列（heptamer）和九聚体序列（nonamer）组成，中间间隔12 bp或23 bp。根据经典的“12/23规则”，RAG必须将一个12 bp间隔的RSS与一个23 bp间隔的RSS配对切割，二者如同钥匙与锁般精确匹配。这一规则确保了V、D、J片段按正确顺序连接，防止错误重排（图2）。
二、RAG扫描的驱动力：cohesin介导的环挤压
尽管“12/23规则”阐明了RSS的配对特异性，但RAG如何在长达3 Mb的IgH基因座上实现远距离搜索，仍是一个问题。为回答这一问题，Alt教授团队利用HTGTS-V(D)J-Rep-seq高通量测序技术，以极高的灵敏度检测了细胞群体中数千种低丰度重排事件。结果显示，在IgH基因座中，RAG并非通过随机扩散寻找靶点，而是依赖于cohesin介导的环挤压进行线性染色质扫描（图3）。
为验证这一机制，研究团队设计了关键的VH倒转实验。在生理条件下，D片段与JH片段的连接以删除性方式进行，而非倒位连接。通过VH倒转团队发现：当VH-RSS被反转后，与JH-RSS呈同一方向而非相对方向，其介导的删除性连接几乎完全丧失。另外，cohesin耗竭实验给出了进一步的支持：在G1期同步化的pro-B细胞系中，cohesin的缺失完全消除了IgH位点的环挤压事件，同时也彻底阻断了所有VH-to-DJH重排以及除DQ52-JH短程扩散外的所有D-to-JH重排。上述结果表明，cohesin介导的环挤压是V(D)J重排中RAG线性扫描的主要驱动力。
图3：cohesin介导的环挤压是V(D)J重排中RAG线性扫描的主要驱动力（Zhang, Y., Zhang, X., Ba, Z., et al. Nature, 2019）
三、cohesin环挤压的动态调控：CTCF与WAPL
Alt教授进一步指出，RAG的线性扫描依赖于cohesin介导的环挤压，而这一过程本身受到多种机制的精细调控。
首先，CTCF结合元件（CTCF binding element, CBE）以方向依赖的方式组织染色质环结构，CBE的方向决定了环挤压的边界和方向，RAG扫描沿着CBE引导的挤压环轨迹遍历V区域。例如在IgH基因座中，IGCR1元件的缺失或CBE的定向插入都可以显著改变RAG的扫描范围以及V基因的使用偏好（图4）。其次，WAPL作为cohesin复合物的释放因子也能够调控环挤压的动态过程。WAPL的缺失或抑制会导致cohesin在染色质上停留时间延长，环挤压范围扩大，进而影响RAG扫描的进程和V基因的重排模式。这表明，环挤压并非一个简单的持续性过程，而是受到cohesin的加载与释放、CBE的截停等动态平衡调控，这些调控机制共同确保了V(D)J重排的有序性和多样性。
四、Igκ基因座的初级重排：由Jκ1介导的扩散机制
在抗体重链机制的基础上，Alt教授进一步聚焦于抗体轻链基因座。与IgH不同，Igκ基因座仅包含四个J片段，但其Vκ基因库极为丰富。研究表明，初级Igκ重排主要由Jκ1片段启动，形成重排中心。位于Jκ1上游的Cer/Sis调控元件可物理性阻断RAG核酸酶向远端Vκ区域的线性扫描，因此，初级重排主要依赖扩散机制完成Vκ-to-Jκ1重排。与IgH基因座不同的是，在此过程中Vκ片段与Jκ1的连接可能以两种方式进行：当Vκ与Jκ1呈相对方向时发生删除性连接；当两者呈同一方向时则发生倒位性连接（图5）。然而，初级重排的成功率是有限的：其连接产物中约三分之二为移码突变，另有一部分产物具有自身反应性或无法与重链有效配对，需要进行二次重排，这些低效或有害的重排产物为后续的次级重排（受体编辑）提供了启动信号。
图5：Cer/Sis阻断RAG从Jκ1向远端Vκ的线性扫描
当初级VκJκ1重排失效时，细胞需启动受体编辑，即利用新的Vκ片段替换原有的VκJκ1产物。既往观点认为该过程也是通过随机扩散实现，但Alt教授团队的研究结果提出了不一样的观点。在已发生VκJκ1重排的细胞中，Jκ2、Jκ4或Jκ5片段可形成新的重排中心。此时，Cer/Sis元件不再构成阻碍，RAG能够向上游进行线性染色质扫描，从而启动次级重，且此时的线性扫描仅识别相对方向的RSS。有趣的是，初级重排中发生的倒位性连接，恰好将原本方向不匹配的Vκ片段“翻转”为可被识别的方向，为次级重排提供了结构基础（图6）。
图6：IgH和Igκ基因座中V(D)J重排的机制总结
报告结束后，在场师生围绕Igκ受体编辑机制与Alt教授展开了热烈的学术讨论，Alt教授针对大家提出的问题给予了细致而深入的解答。整场报告内容翔实、逻辑清晰，深化了听众对抗体V(D)J重排过程中染色质三维结构精密调控机制的理解，也为进一步认识抗体多样性的产生原理提供了新的启发。
