Nat Commun：科学家识别出能大量产生关键抗体的特殊基因

来源：生物谷原创 2023-08-28 14:53

来自加州大学洛杉矶分校等机构的科学家们通过研究对负责产生和释放免疫球蛋白G（人体中最常见的抗体类型）的基因有了新的认识。这一研究有望推动以抗体为基础的人类疾病（比如癌症和关节炎）新型疗法的开发。

细胞分泌产物在体内行使着多项功能，然而，将这些功能性信息与表面标志物和转录组联系起来的方法一直欠缺，近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“SEC-seq: association of molecular signatures with antibody secretion in thousands of single human plasma cells”的研究报告中，来自加州大学洛杉矶分校等机构的科学家们通过研究对负责产生和释放免疫球蛋白G（人体中最常见的抗体类型）的基因有了新的认识。这一研究有望推动以抗体为基础的人类疾病（比如癌症和关节炎）新型疗法的开发，以及依赖于抗体产生的医学疗法的开发。

抗体是一类对机体免疫系统非常重要的蛋白质，免疫球蛋白G（IgG）能储存过去感染的记忆并标记危险的微生物，以便能被免疫细胞所消灭，母体中的IgG对于新生儿机体的免疫防御至关重要。早在几十年前，研究人员就知道，机体中名为血浆B细胞的白细胞能产生IgG，血浆B细胞的效率很高，其每秒能产生超过1万个IgG分子，但促使浆细胞分泌抗体进入血液背后的分子机制，目前研究人员并不清楚。

为了能进一步了解这些机制，研究人员进行了一项前所未有的分析，他们捕获了数千个单一的血浆B细胞以及其分泌物，随后将每个细胞所释放的蛋白量与绘制该细胞所表达的数万个基因的图谱相联系起来；为了收集细胞及其分泌物，研究人员利用微型碗状水凝胶容器（纳米小瓶，nanovials）进行研究。分析结果表明，相比含有制造抗体自身指令的基因而言，参与产生能量和消除异常蛋白的基因对于大量IgG的分泌更为重要，此外，他们还发现，CD59（此前与IgG分泌无关的基因）基因的存在要比其它与这些细胞类型相关的遗传标志物更能作为大量产生浆细胞的更好预测子。

科学家识别出能大量产生关键抗体的特殊基因。

图片来源：Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39367-8

研究者Dino Di Carlo说道，细胞中的这些过程就像制造蛋白质的流水线一样，其在很多地方都会出现瓶颈，细胞内的一切都必须同步顺利进行，如果细胞正在制造大量蛋白质其就就会消耗大量能量，因此我们就需要一种方法来纠正已经发生混乱的蛋白质。这些研究发现不仅能促进研究人员对生物学的基本理解，也在生物医学研究领域具有一定的临床意义。比如，知晓哪些基因与大量产生抗体有关后，制药商们就能通过对细胞进行改造来使其分泌大量抗体，这一知识还有望应用于一种能直接将工程化细胞引入到患者体内的新兴策略中。

这项研究中，研究人员所使用的纳米小瓶和标准实验室装置的新方法也为理解DNA指令如何转化为细胞行为提供了一定的可能性，每个纳米小瓶中都包含有特殊的分子，其能与研究人员正在调查的细胞表面的蛋白质进行定制化结合，从而就能促使纳米小瓶能够一次捕获一个细胞，一旦细胞被固定且保护在纳米碗中，其分泌物就会积累并吸附到为了捕获它们而设计的特异性抗体上。这项研究中，研究人员将数以万计的浆细胞与其所释放的IgG一起“困”到纳米小瓶中，纳米小瓶的直径仅有一张纸厚度的三分之一，随后他们利用仪器对纳米小瓶中每个细胞的mRNA进行分析。人体中的每个细胞都携带者由DNA所书写的相同蓝图，因此，研究人员就能通过观察mRNA来检测哪些基因处于活性状态，mRNA能翻译这些指令以便每个细胞能制造出与其功能相匹配的蛋白质。研究者Carlo说道，每个细胞都有多层信息，我们能将最后一层（在人类机体中具有明确功能的实际分泌的蛋白量）与最为基本的遗传代码层联系起来，目前还没有技术能做到这一点，如今研究人员有了方法，对于他们而言，最有趣的问题就是下一步要问什么问题了。未来研究中，研究人员希望能识别出影响浆细胞产生和分泌IgG的所有基因的信息。

综上，本文研究结果表明，研究人员所开发的新方法能将分泌数量与单细胞测序（SEC-seq）联系起来，从而促使研究人员更深入地探索基因组和功能之间的关联，并为免疫学、干细胞生物学等研究领域的发现奠定一定的基础。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Cheng, R.YH., de Rutte, J., Ito, C.E.K. et al. SEC-seq: association of molecular signatures with antibody secretion in thousands of single human plasma cells. Nat Commun 14, 3567 (2023). doi：10.1038/s41467-023-39367-8