PNAS丨中山大学董俊超/朱澂明合作研究确定LMO2和LDB1是小鼠B细胞中类切换重组的关键因子

iNature · 公众号 · · 2025-02-09 00:00

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仅含LIM结构域的蛋白LMO2在依赖于上下文的多蛋白复合物中与LDB1相互作用，并在红细胞生成和T细胞白血病发生中发挥关键作用，但它们在B细胞中的作用尚不清楚。

2025年 1月23日，中山大学董俊超和朱澂明共同通讯在 PNAS （IF=9.4）在线发表题为 “ The LIM-domain-only protein LMO2 and its binding partner LDB1 are differentially required for class switch recombination ” 的研究论文。 该研究通过基于CRISPR/Cas9的功能丧失筛选，作者确定了LMO2和LDB1是小鼠B细胞中类切换重组（CSR）的关键因子。

LMO2至少通过促进DNA双链断裂（DSBs）的末端连接并抑制末端去除，部分促进CSR。尽管LDB1稳定LMO2蛋白，但它并不直接参与末端连接，而是作为AID转录的正调控因子，且其作用与LMO2无关，这一功能需要LDB1的二聚化结构域。此外，LDB1通过二聚化直接结合AID启动子并促进AID启动子与上游增强子的环化。 作者的研究揭示了LMO2和LDB1在CSR不同步骤中发挥的机制上分离的作用，从而推动了抗体多样化的过程。

LMO2及其相互作用伙伴LDB1是细胞背景依赖的多亚单位蛋白复合物的组成部分，且在造血发育中发挥关键作用。 通常，LMO2和LDB1作为转录激活因子共同作用，通过结合基本螺旋–环–螺旋（bHLH）转录因子TAL1/E2A异二聚体和GATA1，调控特定谱系基因的表达。Lmo2基因的缺失会导致小鼠胚胎致死，原因是卵黄囊红细胞生成失败。Ldb1基因的同源基因敲除也能表现出类似Lmo2缺失的胚胎致死和红细胞生成缺陷。 LDB1在红细胞生成中的核心作用已通过研究得以证明，即使在没有GATA1的情况下，强制LDB1二聚化也能通过稳定的长程环化启动β-珠蛋白的转录激活。

先前的研究揭示了LMO2–LDB1复合物在淋巴细胞恶性肿瘤中的作用。 LMO2最初是从T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）的(11;14)染色体易位中克隆出来的。该易位将LMO2基因转位到TCR基因座或通过逆转录病毒整合，诱导LMO2的异常表达，从而重新激活造血干细胞特异性基因在未成熟T细胞中的表达，导致T细胞分化停滞并积累于骨髓，最终引发T-ALL的发生。这种LMO2的白血病发生功能依赖于LDB1及其复合物的转录调控活性。除了引发T-ALL，LMO2长时间以来被确立为弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）良好预后的最佳指示之一，但其潜在机制仍不明确。最近，Parvin等人展示了LMO2与DNA损伤反应（DDR）蛋白53BP1/Rif1的相互作用，抑制双链断裂（DSB）的末端去修饰，这是同源重组修复途径中必需的步骤。因此，LMO2的高表达使DLBCL细胞对PARP抑制剂诱导的DSB表现出过敏反应。这项研究为LMO2在DSB修复途径选择中的作用提供了证据，然而，LDB1是否在DSB修复中发挥作用尚不清楚，并且在生理状态下LMO2在非同源末端连接（NHEJ）修复中的直接证据仍然缺乏。

SPR/ cas9介导的功能丧失筛选确定了已知和新的CSR因子（图片源自 PNAS ）

LMO2和LDB1在B细胞中的潜在作用尚未被探索。 抗原激活时，B细胞启动特定的转录程序以快速增殖、抗凋亡，并进一步进行抗原受体多样化。在激活的B细胞中，类转换重组（CSR）交换IgM抗体的恒定区与下游的不同恒定区，从而实现不同的效应功能。CSR由特定招募的激活诱导的胞苷脱氨酶（AID）启动，AID将其定位到免疫球蛋白重链基因（IgH）内的开关（S）区，通过活跃的生殖系转录。AID引入高密度的C到U突变，这些突变进一步转化为双链断裂（DSBs），由DNA修复机制修复。在供体Sμ和下游受体S区的DSBs连接并删除性定向时，最终产生类转换的IgG/A/E抗体。AID启动的DSBs激活DDR蛋白ATM/H2AX/53BP1，这些蛋白抑制DSB末端去修饰，从而促进NHEJ修复。DDR蛋白缺乏会在不同程度上导致CSR缺陷，其中53BP1缺失表现出最严重的转换效率下降，并且S区的DSB去修饰显著增加。 考虑到LMO2与DDR蛋白的相互作用以及CSR中转录激活的强大需求，推测LMO2和LDB1可能在类转换中发挥潜在作用。

在本研究中，作者通过CRISPR/Cas9介导的大规模基因筛选发现并确认了LMO2和LDB1是小鼠成熟B细胞系CH12F3和原代B细胞中的CSR因子。 作者进一步通过高通量测序CSR连接部位，显示LMO2作为末端连接因子，抑制DSB的去修饰。令人惊讶的是，LDB1在CSR中与LMO2有所不同，其通过正向调节AID的转录激活来促进CSR，但不影响DSB修复。此外，作者还鉴定了LDB1中的功能结构域，这些结构域分别通过二聚化介导的启动子–增强子环化促进LMO2的稳定性，并促进AID表达。 作者得出结论，LMO2和LDB1在B细胞中可能以不同的分子机制存在于独立的复合物中，从而促进高效的类转换。

原文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2412376122

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