Nudcd3缺陷通过扰乱V(D)J重组导致SCID和Omenn综合征

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Nudcd3的缺失对V(D)J重组的影响

在先天性免疫缺陷的研究中，特别是T细胞发育异常这一领域，找出关键基因和路径具有重要意义。其中，重度联合免疫缺陷症（SCID）和Omenn综合症（OS）的研究显示出T细胞受体（TCR）重排和信号传导、以及在T淋巴细胞发育过程中通过白介素7受体（IL-7R）传递的存活信号的关键作用。然而，目前对这些病症的基因机制还不完全清楚，尚有许多未知基因可能参与其中。因此，陈等人（Chen et al.）进行了一项深入研究，旨在明确一个新的基因Nudc domain-containing 3（Nudcd3）在SCID和OS中的作用。

研究背景和目的

SCID和OS是两种严重的、威胁生命的免疫缺陷病症，患者对感染具有极高的易感性。SCID通常表现为完全缺乏T和B细胞，而OS则为在部分发育障碍的基础上，含少量寡克隆T细胞的异常扩增，引起皮肤和内脏的炎症以及类似SCID的感染易感性。近年来，许多国家已经开始对新生儿进行T细胞免疫缺陷的筛查，以便及早进行酶替代、基因治疗或造血干细胞移植（HSCT）等精准治疗。然而，对这些病症的分子诊断仍面临前所未有的挑战。目前已知的与SCID相关的基因，包括RAG1和RAG2重组酶及其相应的DNA修复机制中的组件，但这些显然并不足够解释所有病例。因此，探索新的致病基因对提升精准医疗意义重大。

研究来源

这项研究由来自Newcastle University、Wellcome Sanger Institute、Erasmus University Medical Center、University of Birmingham、University of Sussex等多家科研机构的研究人员合作完成。研究论文发表于2024年5月24日的《Science Immunology》期刊，并由Sophie Hambleton担任通讯作者。

研究流程

研究团队通过全外显子组测序（WES）和整合分析，在来自四个具有家族病例的同质婚配家族的共11名患儿中，发现他们在Nudcd3基因中存在一个同型缺失突变。随后，通过以下几个步骤详细解析了Nudcd3突变的影响：

  1. 确定突变位点和蛋白质表达：研究发现Nudcd3基因中有一个取代一甘氨酸为天冬氨酸的错义突变（c.155G>A），并通过多个预测程序（如CADD和PolyPhen2）确认该突变为高损伤性。患者细胞中的Nudcd3蛋白表达显著下降，而mRNA表达正常，表明该变体具有低表现型。

  2. 蛋白互作和功能分析：免疫共沉淀和质谱分析显示，Nudcd3G52D变体蛋白质的自二聚化能力显著减弱，但与已知蛋白结合伙伴（如HSP家族蛋白）的互作无明显改变。此外，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）揭示了患者T淋巴细胞亚群的显著异常分布。

  3. V(D)J重组检测实验：利用体外和小鼠模型进行的实验表明：Nudcd3变体显著影响了V(D)J重组过程中的重组活性，特别是在RAG1蛋白从核仁向全核分布的过程中起到关键调控作用。

  4. 小鼠模型验证：通过CRISPR-Cas9技术，研究团队构建了携带同样G52D突变的小鼠模型，并发现这些小鼠表现出免疫缺陷和体型小等表型，但这些影响在小鼠中相对较人类较轻。回顾性的移植实验中也证明Nudcd3缺陷的细胞在体内环境中同样面临T和B细胞发育的困境。

研究结果

  1. 突变对V(D)J重组的影响：研究表明，Nudcd3的缺失主要通过影响RAG1蛋白在核仁中的停留和再分布而阻碍V(D)J重组。患者细胞中RAG1主要滞留在核仁，而正常情况下应通过RAG2引导分布到整个细胞核。

  2. 免疫细胞的异常分布：采用单细胞RNA测序技术，研究发现，患有Nudcd3缺陷的患者的T细胞亚群，尤其是CD4^+、CD8^+和γδ T细胞的表型显著异常。此外，单克隆T细胞占多数，TCR基因的使用同样显著减少，表现出极端单克隆型。

  3. 小鼠模型的表型特征：通过在小鼠中重新引入G52D突变，验证了这会导致小鼠同样出现显著的免疫缺陷，但其它体内器官功能基本正常。

结论和意义

经过多层次、多角度的实验验证，研究团队确定了Nudcd3在V(D)J重组和淋巴细胞发育中的绝对必要性。这一发现不仅揭示了一种新的遗传机制，还可能为未来SCID和OS的诊断和治疗提供重要线索。使用HSCT等疗法成功治愈了部分患者，这也表明早期诊断和治疗的重要性。

研究亮点

  1. Nudcd3突变的鉴定：首次发现Nudcd3突变与严重免疫缺陷疾病之间的明确关联。
  2. 多层次验证：从基因测序、蛋白互作到小鼠模型，研究进行了全方位验证。
  3. 精准医疗指南：揭示了Nudcd3基因的致病机制，为SCID和OS的精准医疗提供了新靶点。

未来展望

未来研究有望进一步解析Nudcd3与其他分子伙伴的互作机制，探讨是否存在其它类似功能的辅佐蛋白，这将有助于我们对V(D)J重组和相关疾病的理解，并可能开发新的干预策略。

这项研究不仅为免疫缺陷症的分子机制提供了新的见解，也为精准医学的发展打开了一个新的方向。通过深入理解Nudcd3的作用机制，我们或许能开发出更有效的治療方案，挽救更多患有免疫缺陷疾病的患者。