Pax5によるWaplの抑制は、Ighループの押し出しによるV遺伝子の組換えを促進する

Wapl repression by Pax5 promotes V gene recombination by Igh loop extrusion.

• Louisa Hill
• Anja Ebert
• Markus Jaritz
• Gordana Wutz
• Kota Nagasaka
• Hiromi Tagoh
• Daniela Kostanova-Poliakova
• Karina Schindler
• Qiong Sun
• Peter Bönelt
• Maria Fischer
• Jan-Michael Peters
• Meinrad Busslinger

抄録

V(D)J組換えなどの核内プロセスは、クロマチンループからなるコンパートメントやトポロジカル・アソシエーション・ドメイン（TAD）を含む、複数のレベルでの染色体の三次元的な組織によって編成されています。TADはクロマチンループの押し出しによって形成されるが、これはリング状のコヒーシン複合体のループ押し出し機能に依存する。逆に、コヘシン放出因子Waplはループの伸長を制限する。病原体に対する体液性免疫を提供する多様な抗体レパートリーの生成は、V(D)J組換えにおけるすべてのV遺伝子の参加を必要とし、これはPax5による2.8Mb長の免疫グロブリン重鎖(Igh)遺伝子座の収縮に依存する。しかし、Pax5がプロB細胞におけるIghの収縮をどのように制御しているのかは不明である。ここでは、Igh遺伝子座の収縮が、Igh遺伝子座全体にわたるループの押し出しによって引き起こされることを示している。特に、Pro-B細胞とpre-B細胞ではWaplの発現がPax5によって特異的に抑制され、クロマチン上でのコヘシンの滞留時間を増加させることでループの押し出しが促進されることがわかった。Pax5は、ポリコム抑制複合体2をリクルートしてWaplプロモーターで2価クロマチンを誘導することにより、単一のPax5結合部位を介してWaplの転写抑制を媒介している。Waplの発現が減少すると、染色体の構造が全体的に変化することから、すべてのV遺伝子を再結合させる可能性があり、pro-B細胞ではゲノム全体の構造変化を伴うことが示唆された。

Nuclear processes, such as V(D)J recombination, are orchestrated by the three-dimensional organization of chromosomes at multiple levels, including compartments and topologically associated domains (TADs) consisting of chromatin loops. TADs are formed by chromatin-loop extrusion, which depends on the loop-extrusion function of the ring-shaped cohesin complex. Conversely, the cohesin-release factor Wapl restricts loop extension. The generation of a diverse antibody repertoire, providing humoral immunity to pathogens, requires the participation of all V genes in V(D)J recombination, which depends on contraction of the 2.8-Mb-long immunoglobulin heavy chain (Igh) locus by Pax5. However, how Pax5 controls Igh contraction in pro-B cells remains unknown. Here we demonstrate that locus contraction is caused by loop extrusion across the entire Igh locus. Notably, the expression of Wapl is repressed by Pax5 specifically in pro-B and pre-B cells, facilitating extended loop extrusion by increasing the residence time of cohesin on chromatin. Pax5 mediates the transcriptional repression of Wapl through a single Pax5-binding site by recruiting the polycomb repressive complex 2 to induce bivalent chromatin at the Wapl promoter. Reduced Wapl expression causes global alterations in the chromosome architecture, indicating that the potential to recombine all V genes entails structural changes of the entire genome in pro-B cells.