Nature子刊发现了与关键抗体高产量相关的基因

　　研究白细胞的研究人员发现了一个基因图谱，该图谱与人体中最常见的抗体免疫球蛋白g的大量产生和释放有关。这一发现可能是迈向基于抗体的新疗法和提高细胞疗法有效性的一步。研究人员使用加州大学洛杉矶分校开发的称为纳米瓶的微观容器来捕获他们所研究的单个细胞。

　　

由加州大学洛杉矶分校和西雅图儿童研究所领导的一项合作，已经获得了有关免疫球蛋白G产生和释放的基因的新知识，免疫球蛋白G是人体中最常见的抗体类型。

这一发现有可能推动针对癌症和关节炎等疾病的基于抗体的疗法的生产，以及依赖抗体生产的医学治疗的发展。

抗体是一组对免疫系统至关重要的蛋白质。免疫球蛋白G (IgG)储存着过去感染的记忆，并标记出危险的微生物，以便被免疫细胞消灭。母亲的IgG对新生儿的免疫防御也至关重要。

几十年来，科学家们已经知道，一种被称为血浆B细胞的白细胞群可以产生IgG。血浆B细胞效率很高，每秒能产生1万多个IgG分子。但是，使浆细胞向血液中分泌抗体的分子机制仍未完全了解。

为了更多地了解这些机制，研究人员进行了一项以前从未做过的分析:他们捕获了数千个单个浆B细胞及其个体分泌物，然后将每个细胞释放的蛋白质数量与绘制同一细胞表达的数万个基因图谱联系起来。

为了收集细胞及其分泌物，研究人员使用了被称为纳米瓶的微小碗状水凝胶容器，这种容器是在加州大学洛杉矶分校之前的研究中开发出来的。

他们的分析发现，与含有制造抗体本身指令的基因相比，参与产生能量和消除异常蛋白质的基因对高IgG分泌更为重要。他们还发现，与其他与这种细胞类型相关的遗传标记相比，CD59(一种以前未被发现与IgG分泌相关的基因)的存在能更好地预测高产浆细胞。

“细胞中的这些过程就像制造蛋白质的装配线，有很多地方你可以看到瓶颈，”迪诺·迪卡洛说，他是加州大学洛杉矶分校塞缪尔工程学院的阿蒙德和埃琳娜·海拉佩蒂安工程和医学教授，也是该研究的共同通讯作者。“在整个细胞中，事物必须平滑地同步移动。如果一个细胞正在制造大量蛋白质，它就会消耗大量能量，需要一种方法来纠正混乱的蛋白质。”

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。同时也是加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所和加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心成员的迪卡洛说，这些发现不仅可以推进对生物学的基本理解，而且可以应用于生物医学。

例如，了解哪些基因与抗体的高分泌有关，制药商可以利用这些基因来设计分泌大量抗体的细胞。这些知识也可以应用于一种新兴的策略，将工程细胞直接引入患者体内，比如华盛顿大学免疫学家理查德·詹姆斯(Richard James)正在开发的潜在细胞疗法，他是这篇论文的共同通讯作者。

在研究中使用纳米小瓶和标准实验室装置的新方法也为理解DNA中包含的指令如何转化为细胞行为开辟了新的可能性。

每个纳米瓶都含有专门与研究人员正在研究的细胞表面的蛋白质结合的分子，这使得纳米瓶一次可以捕获单个细胞。一旦细胞被固定并保护在纳米瓶“碗”中，它的分泌物也会积累起来，并附着在专门捕获它们的抗体上。

在这项研究中，研究人员将数以万计的浆细胞及其释放的IgG捕获在直径约为一张纸厚度三分之一的纳米瓶中。然后用仪器分析每个细胞的信使RNA (mRNA)。

人体内的每个细胞都携带着写在DNA里的相同蓝图。因此，科学家们通过观察mRNA来检测哪些基因是活跃的，mRNA会翻译这些指令，以便每个细胞都能构建针对其功能的特定蛋白质。

“每个细胞中都有多层信息，我们能够将最后一层——在整个身体中具有明确功能的实际分泌的蛋白质数量——与更基本的遗传密码层联系起来。目前还没有其他技术可以做到这一点。现在我们有了这种方法，对我来说，最有趣的事情是接下来要问哪个问题。”

在未来的研究中，研究人员希望确定所有影响浆细胞产生和分泌IgG的基因。

纳米瓶可从Partillion Bioscience获得，该公司由Di Carlo共同创立，总部位于CNSI的校园创业孵化器Magnify。

该研究的第一作者是华盛顿大学的Rene Cheng和Joseph de Rutte，后者于2020年在加州大学洛杉矶分校获得博士学位，是Partillion的联合创始人兼首席执行官。其他作者隶属于华盛顿大学、partilion和总部位于西雅图的Luminex公司。这项研究得到了美国国立卫生研究院和西雅图儿童研究所的支持。

文章标题

SEC-seq: association of molecular signatures with antibody secretion in thousands of single human plasma cells