摘要
免疫細(xì)胞的分化杭棵、發(fā)育和激活需要轉(zhuǎn)錄程序的精確和協(xié)調(diào)控制粘驰。基因組的三維（3D）組織結(jié)構(gòu)已成為染色質(zhì)狀態(tài)皮仁、轉(zhuǎn)錄活性和細(xì)胞身份決定的重要調(diào)節(jié)因子籍琳，它可以通過促進(jìn)或阻礙轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件與靶基因之間的遠(yuǎn)程染色質(zhì)相互作用來調(diào)控基因的表達(dá)茄茁。染色質(zhì)折疊可使免疫細(xì)胞對胞外信號產(chǎn)生細(xì)胞類型特異性和刺激特異性的轉(zhuǎn)錄應(yīng)答反應(yīng)，這對于控制免疫細(xì)胞命運(yùn)分化巩割、炎癥反應(yīng)和產(chǎn)生各種抗原受體特異性應(yīng)答是必不可少的裙顽。在此，我們系統(tǒng)回顧了3D基因組組織與免疫細(xì)胞分化和功能控制之間聯(lián)系的最新研究進(jìn)展宣谈，并討論了3D基因組折疊的改變?nèi)绾螌?dǎo)致免疫細(xì)胞的功能障礙和惡性轉(zhuǎn)化愈犹。
免疫反應(yīng)中的基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
先天性免疫反應(yīng)
針對病原體的免疫防御始于先天免疫系統(tǒng)的激活，先天免疫系統(tǒng)主要由吞噬細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞闻丑、樹突細(xì)胞）漩怎、粒細(xì)胞（如中性粒細(xì)胞）和 ILC細(xì)胞（如自然殺傷細(xì)胞）等組成。當(dāng)免疫細(xì)胞中識別典型病原體相關(guān)分子（PAM）的受體被激活后嗦嗡，它們會迅速上調(diào)數(shù)百種炎癥反應(yīng)基因的表達(dá)勋锤，這些基因編碼的蛋白產(chǎn)物能夠殺滅病原體、清除死細(xì)胞侥祭，以及釋放大量的細(xì)胞因子和趨化因子等71叁执。其中，有些炎癥基因的表達(dá)會在幾分鐘內(nèi)被誘導(dǎo)出來矮冬，而另一些則可能需要幾個小時 72,73 谈宛。這些復(fù)雜的時間動態(tài)調(diào)控模式是由譜系特異性轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞刺激之前建立的廣泛增強(qiáng)子網(wǎng)絡(luò)所控制的。例如胎署，在巨噬細(xì)胞中吆录，髓系細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子PU.1確定了增強(qiáng)子庫，刺激信號激活的轉(zhuǎn)錄因子可以與之結(jié)合以增加增強(qiáng)子的活性 74,75,76,77 琼牧。然而恢筝，有一小部分誘導(dǎo)型的增強(qiáng)子不是預(yù)先建立的，而是在刺激之后重新出現(xiàn)的 75,76。此外，在炎癥反應(yīng)期間挑围，有一部分啟動子也可以作為真正的增強(qiáng)子協(xié)助遠(yuǎn)程基因的調(diào)控 78 。
“炎癥”增強(qiáng)子的快速激活以及隨后的轉(zhuǎn)錄程序需要3D基因組中增強(qiáng)子-啟動子遠(yuǎn)程互作的精確協(xié)調(diào)控制恢氯。也許并不奇怪，大多數(shù)染色質(zhì)相互作用在不同先天免疫細(xì)胞激活后仍然保持不變鼓寺，并且大多數(shù)TAD和染色質(zhì)區(qū)室僅發(fā)生微小的變化 79,80,81,82,83 勋拟。這些發(fā)現(xiàn)提出了一個模型，即基因組的三維構(gòu)象充當(dāng)了一個結(jié)構(gòu)支架妈候，可以將增強(qiáng)子及其作用靶基因置于3D鄰近位置敢靡，從而啟動響應(yīng)基因以在刺激時快速激活 5 。然而苦银，基因組染色質(zhì)互作強(qiáng)度的變化也可能取決于細(xì)胞類型和刺激信號啸胧。研究表明赶站，在小鼠樹突狀細(xì)胞中，只有10%的染色質(zhì)相互作用在脂多糖 (LPS) 刺激后顯示出可檢測到的變化 81 纺念，這類似于非免疫細(xì)胞在炎癥刺激下觀察到的適度變化 79,82 贝椿。有趣的是，大多數(shù)預(yù)先建立的染色質(zhì)相互作用都涉及處于primed狀態(tài)的增強(qiáng)子元件陷谱，并在LPS刺激后被激活 81烙博。然而，研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯 (PMA) 激活人中心粒細(xì)胞時烟逊，染色質(zhì)的短程相互作用整體減少渣窜，而遠(yuǎn)程染色體間互作逐漸增加 80 。盡管大多數(shù)染色質(zhì)區(qū)室的邊界保持穩(wěn)定宪躯，但一小部分具有較弱 A 區(qū)室關(guān)聯(lián)的炎癥基因位點會在刺激時增加其A區(qū)室互作強(qiáng)度乔宿，表明已啟動3D基因組重塑。刺激可以誘導(dǎo)黏連蛋白Cohesin快速募集到這些區(qū)域的增強(qiáng)子中访雪，這可能與基因的轉(zhuǎn)錄激活相關(guān) 80 详瑞。有趣的是，鈣離子的快速內(nèi)流在30分鐘后會削弱了中性粒細(xì)胞的整體區(qū)室隔離冬阳，這可能是為了解除那些防止炎癥基因過早激活的調(diào)節(jié)區(qū)域的強(qiáng)隔離效應(yīng) 84 蛤虐。類似的，人們在PMA刺激的人THP-1單核細(xì)胞中肝陪，也觀察到了先天免疫細(xì)胞所表現(xiàn)出的3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的廣泛預(yù)制性，其中僅有約200個染色質(zhì)互作環(huán)是從頭建立的 85 刑顺。最近的一項后續(xù)研究使用LPS激活THP-1單核細(xì)胞后氯窍，分別構(gòu)建了不同激活時間點的高分辨率 (5kb) Hi-C互作圖譜，通過差異分析僅檢測到了1.2%的差異染色質(zhì)互作環(huán) (n= 502)蹲堂，與檢測到的53%的差異激活增強(qiáng)子和28%的差異表達(dá)基因形成了鮮明的對比86 狼讨。然而，新形成的染色質(zhì)環(huán)與基因表達(dá)的上調(diào)密切相關(guān)柒竞，并且顯著富集了刺激誘導(dǎo)的AP1家族轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合政供，而 CTCF則主要富集在穩(wěn)定染色質(zhì)環(huán)的錨定位點。類似的朽基，人們在LPS處理的樹突狀細(xì)胞誘導(dǎo)的染色質(zhì)相互作用中也顯著富集到了AP1轉(zhuǎn)錄因子 81 布隔，這些結(jié)果表明信號響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子可以介導(dǎo)動態(tài)的遠(yuǎn)程染色質(zhì)相互作用 85 。需要注意的是稼虎，這些研究并未評估5 kb分辨率以下的基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)衅檀，因此無法分析在超高分辨率（即單核小體水平）下觀察到的更精細(xì)的TAD內(nèi)相互作用。
CXC趨化因子配體 (CXCL) 基因簇是研究炎癥基因位點快速重構(gòu)局部3D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的典型范例霎俩。這些基因處在一個TAD結(jié)構(gòu)內(nèi)哀军，并在炎癥刺激時可以增強(qiáng)其常染色質(zhì)特性以及重新定位到細(xì)胞核內(nèi)部 80沉眶。在先天免疫和非免疫細(xì)胞中，當(dāng)細(xì)胞受到不同類型的刺激時杉适，CXCL TAD結(jié)構(gòu) 87,88 及其相鄰域 80 內(nèi)的基因組相互作用變得更加頻繁谎倔。在LPS處理的小鼠樹突狀細(xì)胞中，CXCL基因的啟動子和增強(qiáng)子可以在單個細(xì)胞中形成一個相互交織的多向相互作用網(wǎng)絡(luò) 81 猿推，從而協(xié)調(diào)的控制相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄激活传藏。在全基因組范圍內(nèi)，腫瘤壞死因子 (TNF) 或 LPS 等先天免疫信號激活的靶基因可以參與轉(zhuǎn)錄因子驅(qū)動的3D染色質(zhì)聚集 81,85,89 彤守，這有助于它們的快速誘導(dǎo)激活 5 毯侦。有趣的是，多向增強(qiáng)子-啟動子相互作用在單個細(xì)胞中的同質(zhì)性與轉(zhuǎn)錄噪聲的減少有關(guān)具垫，可能有助于炎癥反應(yīng)的穩(wěn)定性 81 侈离。人類 CXCL TAD結(jié)構(gòu)也說明了結(jié)構(gòu)域邊界對于限制 ncRNA作用的重要性。在CXCL基因座的一個80kb超級增強(qiáng)子內(nèi)筝蚕，有一個炎癥趨化因子基因座 (UMLILO) 的ncRNA 基因卦碾，當(dāng)該非編碼RNA轉(zhuǎn)錄時能夠招募染色質(zhì)修飾復(fù)合物到基因的啟動子上，并促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄 87 . UMLILO的缺失確實會減弱CXCL基因的激活起宽，但不影響鄰近 TAD中基因的表達(dá) 87 洲胖。TAD內(nèi)的相互作用可以將 UMLILO 復(fù)合物集中在靠近 CXCL 基因啟動子的位置，從而允許信號響應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行穩(wěn)健的誘導(dǎo)坯沪。
已有研究表明Cohesin黏連蛋白或CTCF的缺失會損害 LPS 誘導(dǎo)的炎癥基因的激活绿映，這些結(jié)果進(jìn)一步支持了3D基因組組織在引發(fā)炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵作用69,70,84,90,91,92 。Cohesin是關(guān)鍵上游炎癥調(diào)節(jié)因子（包括轉(zhuǎn)錄因子和細(xì)胞因子受體）正確表達(dá)所必需的腐晾。因此叉弦，缺乏Cohesin的小鼠巨噬細(xì)胞顯示出減弱的炎癥反應(yīng)，尤其是干擾素響應(yīng)基因表達(dá)的降低 90 藻糖，這是由誘導(dǎo)型增強(qiáng)子和可誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄爆發(fā)部分解偶聯(lián)所引起的92 淹冰。Cohesin還限制了人巨噬細(xì)胞中一部分炎癥基因的誘導(dǎo)表達(dá) 69，以及在先前刺激的細(xì)胞中重新激活成簇的炎癥基因集 93 巨柒。CC-趨化因子配體 2 (CCL2) 基因座的誘導(dǎo)表達(dá)可以用來說明CTCF在控制炎癥基因誘導(dǎo)中的調(diào)節(jié)作用樱拴。激活前CTCF的缺失導(dǎo)致預(yù)先建立的增強(qiáng)子-啟動子相互作用減弱，并導(dǎo)致 CCL2 的誘導(dǎo)表達(dá)受損 70 洋满，表明CTCF有助于在先天免疫細(xì)胞中建立快速上調(diào)炎癥基因轉(zhuǎn)錄所需的3D 染色質(zhì)景觀晶乔。
總的來說，這些研究支持了以下模型芦岂，即預(yù)先建立的TAD 結(jié)構(gòu)和基因互作中心（由CTCF和Cohesin粘連蛋白的環(huán)擠壓過程所介導(dǎo)）為信號響應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子提供了一個染色質(zhì)框架瘪弓，以調(diào)節(jié)誘導(dǎo)型基因和增強(qiáng)子之間的短程相互作用，從而促進(jìn)炎癥基因的快速響應(yīng)和強(qiáng)烈激活（圖 4）禽最。
適應(yīng)性免疫反應(yīng)
淋巴細(xì)胞在骨髓或胸腺中發(fā)育成熟后腺怯，初始淋巴細(xì)胞會進(jìn)入到外周血液循環(huán)中以尋找它們的同源抗原袱饭。在這種靜息狀態(tài)下，初始T 細(xì)胞和B 細(xì)胞處于一種高度致密的染色質(zhì)狀態(tài)呛占，以維持靜息狀態(tài)并防止過早激活 47,94,95 虑乖。當(dāng)初始淋巴細(xì)胞接收到同源抗原和共刺激信號的共同作用后，會被激活分化為效應(yīng)性細(xì)胞晾虑。淋巴細(xì)胞的活化往往伴隨著大規(guī)模的表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組重塑疹味，從而轉(zhuǎn)化為高度增殖和代謝活躍的細(xì)胞狀態(tài) 96,97,98 。初始T 細(xì)胞和 B細(xì)胞通常需要幾天的時間才能建立炎癥基因表達(dá)程序帜篇，因為它們?nèi)狈υ谙忍烀庖呒?xì)胞中觀察到的預(yù)先建立的增強(qiáng)子景觀糙捺。有趣的是，近期有研究發(fā)現(xiàn)TCF1轉(zhuǎn)錄因子可以與CTCF蛋白合作協(xié)調(diào)3D基因組染色質(zhì)相互作用笙隙，以保護(hù)初始T 細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)增殖 99 洪灯。目前，已有幾項研究初步解析了T 細(xì)胞和B 細(xì)胞在激活活化和終末分化期間的3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)竟痰，繪制了支持轉(zhuǎn)錄重編程和細(xì)胞增殖的3D染色質(zhì)相互作用的動態(tài)變化圖譜签钩。
體外 T 細(xì)胞受體 (TCR) 刺激和體內(nèi)病毒誘導(dǎo)的 TCR 激活在小鼠和人類T細(xì)胞中均引發(fā)了大量的3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重塑，并且通常伴隨著基因組染色質(zhì)可及性和基因表達(dá)的變化 100,101,102,103,104,105,106 坏快。刺激誘導(dǎo)的動態(tài)變化基因調(diào)控元件區(qū)域中富含譜系分化特異的轉(zhuǎn)錄因子铅檩，尤其在較少的尺度（<200kb）中最為明顯 100,101,103,106 。在人類 T 細(xì)胞中莽鸿，當(dāng)初始T細(xì)胞被激活后昧旨，起初（0–4 h）TAD 結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定，但在隨后的時間點中逐漸顯示出明顯的動態(tài)變化103,104富拗。最近的一項研究表明臼予，T細(xì)胞在激活后72小時發(fā)生全基因組范圍內(nèi)的TAD分區(qū)，導(dǎo)致比靜息態(tài)T細(xì)胞中的TAD結(jié)構(gòu)域更多但更小 104 啃沪。這種增加的絕緣區(qū)域可以通過促進(jìn)局部增強(qiáng)子-啟動子的相互作用頻率，來支轉(zhuǎn)錄程序的快速激活窄锅，這種現(xiàn)象在活化的 B 細(xì)胞中也有報道 107 创千。據(jù)報道，在T 細(xì)胞激活期間入偷，3D基因組中A 和 B 區(qū)室的轉(zhuǎn)變是適度的 103,104 追驴，盡管這些分析只考慮了A/B區(qū)室轉(zhuǎn)換的區(qū)域。然而疏之，即使在沒有廣泛的A/B區(qū)室轉(zhuǎn)換的情況下殿雪，A/B區(qū)室內(nèi)染色質(zhì)互作的動態(tài)變化也是大量存在的，正如小鼠 T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞中 H1 接頭組蛋白缺失所揭示的那樣 47,95 锋爪。CD8+ T 細(xì)胞中H1接頭組蛋白的缺失會導(dǎo)致染色質(zhì)解離和染色質(zhì)區(qū)室互作強(qiáng)度的廣泛變化丙曙，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)基因的過早去阻遏 47 爸业。此外，在人類T 細(xì)胞激活之前亏镰，一些快速反應(yīng)基因會預(yù)先定位在細(xì)胞核的內(nèi)部扯旷，而晚期反應(yīng)基因則通常會從核纖層中釋放出來 108 。 因此索抓，A 和 B 區(qū)室化可以為基因的表達(dá)提供一個核框架钧忽，以平衡快速響應(yīng)能力和防止過早激活 109 。
細(xì)胞因子在驅(qū)動T細(xì)胞亞型分化的過程中發(fā)揮著重要作用逼肯。例如耸黑，初始CD4+ T 細(xì)胞在細(xì)胞因子的作用下可以分化為不同類型的輔助性T細(xì)胞（T H 細(xì)胞），如 T H 1 細(xì)胞篮幢、T H 2細(xì)胞和T H 17細(xì)胞（圖2）大刊。這些 T H 細(xì)胞亞群通過分泌各自譜系特異性的細(xì)胞因子（如T H 1 細(xì)胞分泌的IFNγ）來協(xié)調(diào)應(yīng)對不同類型的病原體 110,111 。小鼠 T 細(xì)胞的早期研究表明洲拇，在T H 細(xì)胞的特征細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子基因位點處奈揍，其3D 基因組結(jié)構(gòu)發(fā)生了大量的動態(tài)變化。例如赋续，在T H 1 細(xì)胞分化過程中會涉及到將 T H 2 細(xì)胞相關(guān)基因重新定位到異染色質(zhì)區(qū)域或細(xì)胞核的外圍 114,115 男翰，并且在編碼 IFNγ 的 Ifng 基因位點處形成新的遠(yuǎn)程增強(qiáng)子-啟動子相互作用。后者至少部分取決于環(huán)擠壓過程纽乱，因為Cohesin或 CTCF的缺失會導(dǎo)致相互作用減少蛾绎，并且Ifng基因的表達(dá)也會降低 116,117 。T H 1細(xì)胞誘導(dǎo)T-bet轉(zhuǎn)錄因子也需要增強(qiáng)子-啟動子的遠(yuǎn)程互作調(diào)控鸦列，可能是通過直接同源二聚化結(jié)合到Ifng基因的啟動子和增強(qiáng)子上 116,118租冠。在T H 2細(xì)胞的特征細(xì)胞因子基因座中，人們通過3C互作分析發(fā)現(xiàn)細(xì)胞因子Il4薯嗤、Il5和Il13基因的啟動子在空間上是相互靠近的顽爹，即使在非淋巴細(xì)胞中也是如此，但這些啟動子只與 T 細(xì)胞附近的增強(qiáng)子元件發(fā)生相互作用119 骆姐。增強(qiáng)子-啟動子的空間物理接近依賴于DNA 結(jié)合蛋白镜粤，如 SATB1 、YY1和 GATA3等玻褪。GATA3是T H 2 細(xì)胞譜系特異性的轉(zhuǎn)錄因子肉渴，類似于T H 1細(xì)胞的T-bet，當(dāng)其與 DNA結(jié)合時可以形成同源二聚體 120,121,122 带射。T H 2細(xì)胞特異的細(xì)胞因子基因座的 3D 染色質(zhì)折疊是否依賴于環(huán)擠壓過程仍然是未知的同规，盡管 CTCF 缺陷的小鼠初始T 細(xì)胞在T H 2細(xì)胞誘導(dǎo)條件下未能上調(diào)相應(yīng)細(xì)胞因子的表達(dá) 123，并且激活后的小鼠 T H 2 細(xì)胞的HiC數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，CTCF蛋白（還有 GATA3）可以在全基因組范圍內(nèi)建立調(diào)節(jié)性染色質(zhì)相互作用 124 券勺。有趣的是绪钥，有一項研究表明，在初始CD4+ T 細(xì)胞中朱灿，Ifng 和 Il4 基因之間可能存在染色體間的遠(yuǎn)程相互作用昧识，但在T H 1 細(xì)胞或 T H 2 細(xì)胞分化后似乎會丟失這種相互作用 119。然而盗扒，最近在對小鼠和人類細(xì)胞的 Hi-C 數(shù)據(jù)分析中跪楞，并未檢測到這些特定的染色體間的相互作用 125 。在初始CD4+ T細(xì)胞中侣灶，非活性的 Ifng 基因座顯示出廣泛的染色質(zhì)相互作用特征甸祭，但該特征在小鼠 T H 1 細(xì)胞分化的過程中受到嚴(yán)格的限制，類似于 B 細(xì)胞發(fā)育期間轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)相互作用的“聚焦” 55 褥影。 Ifng 和 Il4 的全基因組相互作用在 T H 1 細(xì)胞和 T H 2 細(xì)胞中表現(xiàn)出細(xì)胞亞型特異性的互作模式池户，這似乎部分受到STAT家族轉(zhuǎn)錄因子的控制 126 。事實上凡怎，STAT4轉(zhuǎn)錄因子的缺失部分阻止了 T H 1 細(xì)胞中 Ifng 基因座的 3D 染色質(zhì)重組 126 校焦，其他研究也表明 STAT家族蛋白參與了控制3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 127,128,129,130 。AP1家族轉(zhuǎn)錄因子BATF是一個響應(yīng)TCR 激活信號的下游轉(zhuǎn)錄因子统倒，研究表明它在活化的小鼠 CD4+ T 細(xì)胞中對于CTCF介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)的形成是必需的寨典，包括調(diào)節(jié)重要細(xì)胞因子位點的增強(qiáng)子-啟動子相互作用131 。
初始B細(xì)胞接收到同源抗原刺激被激活后房匆，會進(jìn)一步遷移到生發(fā)中心耸成，在那里接受 T 細(xì)胞介導(dǎo)的共刺激信號以經(jīng)歷大規(guī)模的增殖擴(kuò)增和終末分化為分泌抗體的漿細(xì)胞 98 （圖 2）。與 T 細(xì)胞相類似浴鸿，B 細(xì)胞的激活也伴隨著廣泛的染色質(zhì)解離與重塑和大規(guī)模的轉(zhuǎn)錄變化 16,51,107,132,133,134 井氢。在此過程中，激活B細(xì)胞的3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也顯示出大量的染色質(zhì)重塑16,51,107,132,133,134岳链。體外激活初始B細(xì)胞的分析結(jié)果顯示花竞，基因組中遠(yuǎn)程染色質(zhì)相互作用顯著減少 107,133,135,136 ，這與B細(xì)胞基因組中全局染色質(zhì)的解離相一致 94掸哑。通過對染色質(zhì)A 和 B（和 I）區(qū)室進(jìn)行比較分析左胞，研究發(fā)現(xiàn)在人類初始 B 細(xì)胞激活分化的過程中，約有30%的染色質(zhì)區(qū)室發(fā)生了狀態(tài)轉(zhuǎn)變16 举户。其中，幾乎所有這些動態(tài)改變的區(qū)域 (96%) 都發(fā)生在初始B細(xì)胞向生發(fā)中心 B 細(xì)胞分化轉(zhuǎn)變期間遍烦，并且該區(qū)域富含與生發(fā)中心形成相關(guān)的基因和轉(zhuǎn)錄因子 16 俭嘁。一致地，在生發(fā)中心 B 細(xì)胞或漿細(xì)胞分化的過程中服猪，與終末分化成熟相關(guān)的基因座（如Bcl6 和 Prdm1）會形成一個染色質(zhì)區(qū)室規(guī)模的互作中心133,134,135 供填。重要的是拐云，在小鼠中，生發(fā)中心 B 細(xì)胞的分化依賴于 H1 接頭組蛋白近她，它可以隔離抑制B 區(qū)室中干細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá) 95叉瘩。在 B 細(xì)胞激活和成熟過程中，基因組中TAD結(jié)構(gòu)的邊界似乎沒有發(fā)生太大的變化粘捎。盡管有一項研究表明薇缅，在體外激活小鼠初始B細(xì)胞后，TAD的數(shù)目攒磨、CTCF 介導(dǎo)的染色質(zhì)環(huán)和 TAD 內(nèi)的短程相互作用顯著增加 107 泳桦。這種從遠(yuǎn)程到短程染色質(zhì)相互作用的轉(zhuǎn)變，與增強(qiáng)子-啟動子互作和轉(zhuǎn)錄程序的增強(qiáng)是密切相關(guān)的娩缰，并且需要持續(xù)的能量 (ATP) 輸入以及 MYC等轉(zhuǎn)錄因子的作用 107 灸撰。這里，需要注意的是拼坎，這種體外 LPS 介導(dǎo)的 B 細(xì)胞激活過程并不一定能真實反映體內(nèi)激活的復(fù)雜的生發(fā)中心反應(yīng)浮毯。其他研究表明，OCA-B轉(zhuǎn)錄因子可以介導(dǎo)短程的染色質(zhì)相互作用泰鸡，從而調(diào)控生發(fā)中心 B 細(xì)胞分化關(guān)鍵基因的表達(dá) 132,137债蓝。有趣的是，在小鼠 B 細(xì)胞激活的過程中鸟顺，3D基因組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生了兩次動態(tài)轉(zhuǎn)變：一次在第一次細(xì)胞分裂之前惦蚊，另一次在細(xì)胞終末分化期間 136。
總之讯嫂，這些研究表明蹦锋，與先天免疫細(xì)胞相比，淋巴細(xì)胞的激活往往伴隨著廣泛的多層級3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)變化欧芽，以適應(yīng)大規(guī)模的染色質(zhì)解離與重塑莉掂、細(xì)胞增殖和炎癥轉(zhuǎn)錄程序的協(xié)調(diào)建立。驅(qū)動這些染色質(zhì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化會涉及到環(huán)擠壓因子千扔、譜系特異性轉(zhuǎn)錄因子和信號響應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子之間復(fù)雜的相互作用（圖 4）憎妙。
基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與疾病
免疫細(xì)胞介導(dǎo)的疾病
許多主要的人類疾病都是由免疫細(xì)胞的功能異常所引起的 4 。例如曲楚，自身或無害抗原對T細(xì)胞的異常激活可以分別導(dǎo)致自身免疫性疾病 110 或過敏性疾病的發(fā)生 138 厘唾。淋巴細(xì)胞或髓系細(xì)胞的慢性或異常刺激可導(dǎo)致免疫細(xì)胞產(chǎn)生不必要的可塑性，從而分化為功能失調(diào)的細(xì)胞表型 110,139龙誊，例如巨噬細(xì)胞重編程或 T 細(xì)胞耗竭可導(dǎo)致抗腫瘤免疫能力失調(diào) 140 抚垃。基因表達(dá)的3D染色質(zhì)空間互作異常通常與人類疾病的發(fā)生相關(guān) 141，包括免疫相關(guān)疾病鹤树。在此铣焊，人們提出了兩種不同的研究場景（圖 5）。在第一種研究場景中罕伯，基因組遺傳變異或表觀遺傳信息（如DNA甲基化的改變）的改變影響了轉(zhuǎn)錄因子或環(huán)擠壓蛋白的結(jié)合曲伊，從而破壞了3D基因組的染色質(zhì)構(gòu)象和轉(zhuǎn)錄控制，導(dǎo)致免疫細(xì)胞分化障礙追他、功能異常坟募。其中，一個典型的例子是與哮喘易感性相關(guān)的 17q21 SNP突變湿酸，哮喘是一種常見的慢性炎癥性疾病婿屹，該突變與T H 2 細(xì)胞的活性增強(qiáng)相關(guān)，從而促進(jìn)了哮喘的發(fā)生推溃。研究表明昂利，這些 SNP 突變可以改變 CD4+ T 細(xì)胞中ORMDL3基因附近的 CTCF 結(jié)合位點，從而導(dǎo)致形成新的增強(qiáng)子-啟動子相互作用铁坎，并增強(qiáng)了ORMDL3基因的表達(dá) 142 蜂奸。ORMDL3表達(dá)水平的增加進(jìn)一步抑制了 IL-2 的產(chǎn)生，而IL-2 是 T H 細(xì)胞功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)細(xì)胞因子硬萍。此外扩所，還有研究發(fā)現(xiàn)，自身免疫性疾病相關(guān)的幾個風(fēng)險 SNP 位于 TNFAIP3 基因位點中朴乖，該基因可以編碼負(fù)調(diào)節(jié)促炎性 NF-κB 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的 A20 蛋白 143 祖屏。 研究表明，這些與TNFAIP3 相互作用的位于調(diào)控區(qū)域中的SNP突變可以阻礙轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合买羞，同時在人原代CD4+ T 細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)3D 染色質(zhì)折疊的紊亂和基因表達(dá)水平的降低 144,145,146 袁勺。同樣的，人們還發(fā)現(xiàn)畜普，與免疫疾病相關(guān)的遺傳變異會損害人嗜中性粒細(xì)胞中PU.1轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合期丰，從而導(dǎo)致異常的增強(qiáng)子-啟動子相互作用和基因表達(dá)異常 147 。有趣的是吃挑，與自身免疫性1型糖尿病相關(guān)的染色質(zhì)區(qū)域钝荡，只會在疾病易感性的 NOD 小鼠的 3D 核空間中發(fā)生聚集，這表明基因的遺傳變異可能會導(dǎo)致 3D 基因組的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生廣泛的變化舶衬，從而共同增加了疾病的易感性 148 埠通。
基因遺傳變異影響3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的第二種研究情景是，編碼重要轉(zhuǎn)錄因子或環(huán)擠壓蛋白的基因的蛋白編碼序列發(fā)生了突變逛犹。其中植阴，一個典型的例子是 FOXP3轉(zhuǎn)錄因子蟹瘾，它是免疫抑制性調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞分化至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，研究表明它可以通過介導(dǎo)增強(qiáng)子-啟動子相互作用來調(diào)控其靶基因的表達(dá) 149 掠手。FOXP3的突變可能會影響其調(diào)節(jié)功能，導(dǎo)致FOXP3在小鼠模型中會被異常的招募到T H 2 型細(xì)胞因子基因座上 150狸捕。具體的喷鸽，突變的FOXP3會重新構(gòu)建局部的3D 染色質(zhì)折疊，以促進(jìn)2型細(xì)胞因子基因表達(dá)的激活灸拍，從而產(chǎn)生功能失調(diào)的調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞做祝，并導(dǎo)致嚴(yán)重的自身免疫性疾病 150 。
免疫細(xì)胞惡性腫瘤
在上述第二種研究場景中鸡岗，基因的遺傳變異也可能會導(dǎo)致免疫細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化混槐，從而引發(fā)白血病或惡性淋巴瘤等（圖5）。研究表明轩性，癌癥中的體細(xì)胞突變和結(jié)構(gòu)變異并不是隨機(jī)分布的声登，而且常常與TAD 邊界相重疊 151。特定遺傳變異改變3D染色質(zhì)互作結(jié)構(gòu)的典型例子是急性 T 細(xì)胞白血病 (T-ALL) 的發(fā)生揣苏，在T-ALL中悯嗓，人們發(fā)現(xiàn)TAD結(jié)構(gòu)域邊界的反復(fù)微缺失，會導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)域間的絕緣作用減弱和原癌基因如 LMO2 或 TAL1 的異常表達(dá)上調(diào)（參考文獻(xiàn). 152 ）卸察。類似地脯厨，在B 細(xì)胞前體急性白血病中，TAD 邊界的缺失會促進(jìn)異常的遠(yuǎn)程染色質(zhì)相互作用坑质，并增加白血病驅(qū)動基因 FLT3 的表達(dá)（參考文獻(xiàn) 153 ）合武。在 Ph 樣 ALL 中，GATA3 基因中的一個內(nèi)含子SNP突變產(chǎn)生了一個新的增強(qiáng)子元件涡扼，從而異常地激活了GATA3的表達(dá)稼跳。具體的，GATA3表達(dá)水平的升高誘導(dǎo)了全基因組水平的 A/B 染色質(zhì)區(qū)室化和染色質(zhì)環(huán)的形成壳澳，從而將CRLF2 癌基因定位在附近的超級增強(qiáng)子處 154 岂贩。同樣的，一段白血病保護(hù)性5bp區(qū)域的缺失巷波，會產(chǎn)生一個 MEF2 結(jié)合位點萎津，從而導(dǎo)致局部的基因組折疊改變和 AXIN2 腫瘤抑癌基因表達(dá)的上調(diào)155。在白血病和淋巴瘤中抹镊，染色體重排通常會將異位增強(qiáng)子轉(zhuǎn)移到致癌基因所在的 TAD 結(jié)構(gòu)域中（被稱為“增強(qiáng)子劫持”）锉屈，從而異常激活致癌基因的表達(dá)，導(dǎo)致癌癥的發(fā)生 156 垮耳。一個典型的例子是急性髓性白血病 (AML) 中的染色體倒位和易位颈渊，它們將 GATA2 增強(qiáng)子重新定位在 EVI1 TAD 內(nèi)遂黍，從而產(chǎn)生新的增強(qiáng)子-啟動子相互作用，導(dǎo)致EVI1 致癌基因表達(dá)上調(diào)和 GATA2 單倍劑量不足俊嗽，最終共同導(dǎo)致了癌癥的發(fā)生 157 雾家。
然而，癌癥中特定 TAD 邊界絕緣作用的減弱并不總是與邊界處的基因序列改變相關(guān)绍豁。在 T-ALL 中芯咧，人們已經(jīng)鑒定到了反復(fù)發(fā)生的 TAD 融合事件，包括攜帶 MYC 致癌基因的 TAD 融合竹揍，使得來自鄰近 TAD內(nèi)的超級增強(qiáng)子能夠接觸 MYC 并上調(diào)其表達(dá) 158 敬飒。盡管 NOTCH 轉(zhuǎn)錄因子（見下文）或組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶 NSD2（它們是白血病和淋巴瘤的致癌驅(qū)動因素）促進(jìn)了局部染色質(zhì)可及性的增加，但這種癌癥特異性 CTCF在白血病細(xì)胞中的潛在招募機(jī)制仍不清楚 159,160 芬位。對神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究提供了另一種潛在的作用機(jī)制无拗，研究表明異檸檬酸脫氫酶 1 (IDH1) 或 IDH2 的突變會損害 TET 介導(dǎo)的DNA去甲基化過程，從而導(dǎo)致TAD 邊界產(chǎn)生高甲基化修飾昧碉，這些甲基化修飾會損害 CTCF蛋白的結(jié)合英染，并因此抑制了TAD結(jié)構(gòu)的局部絕緣效應(yīng)。進(jìn)一步的晌纫，這導(dǎo)致了血小板衍生生長因子受體-α (PDGFRA) 致癌基因與鄰近 TAD 中的增強(qiáng)子之間形成了新的染色質(zhì)相互作用税迷，導(dǎo)致致癌基因異常過度表達(dá) 161 。鑒于在 AML中經(jīng)常觀察到IDH1和IDH2基因的突變 162 箭养，因此，類似的機(jī)制可能與白血病的發(fā)生相關(guān)哥牍。其他描述的機(jī)制包括 ncRNA 的異常表達(dá)毕泌，它可以募集 CTCF 以促進(jìn) AML 中的 TAD 絕緣作用和驅(qū)動致癌基因的表達(dá)163 。3D基因組折疊的改變也發(fā)生在 B 細(xì)胞淋巴瘤中 16,164,165 嗅辣，盡管這些是如何發(fā)生的以及它們是否在功能上相關(guān)仍有待確定撼泛。
盡管目前確定3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變與腫瘤克隆選擇性優(yōu)勢之間的因果關(guān)系仍然具有挑戰(zhàn)性，但是調(diào)控3D基因組組織結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白的突變（或缺失）可能是惡性免疫細(xì)胞中基因組錯誤折疊的基礎(chǔ)澡谭。其中愿题，最突出的例子是Cohesin 蛋白復(fù)合體成員的經(jīng)常性突變。研究發(fā)現(xiàn)蛙奖，在AML患者中Cohesin蛋白表現(xiàn)出異常高的突變頻率 162,166,167 潘酗。在體內(nèi)，造血系統(tǒng)中Cohesin蛋白的缺失會導(dǎo)致造血祖細(xì)胞群的組成顯著改變雁仲，其自我更新能力增強(qiáng)仔夺，分化潛能降低 168,169,170,171,172。其中攒砖，一種解釋可能是Cohesin缺陷型小鼠造血祖細(xì)胞和Cohesin突變型AML 細(xì)胞對炎癥信號的反應(yīng)能力發(fā)生了改變 90,173 缸兔，因為炎癥信號是祖細(xì)胞分化的關(guān)鍵驅(qū)動因素 174 日裙。其他提出的機(jī)制包括Cohesin缺陷型細(xì)胞中重要轉(zhuǎn)錄因子（如 HOXA9 或 RUNX1 ）的染色質(zhì)結(jié)合發(fā)生了改變168,169,170 。此外惰蜜， Cohesin復(fù)合物中STAG2亞基的缺陷會導(dǎo)致小鼠模型中的B 細(xì)胞發(fā)育異常昂拂，這歸因于Ebf1轉(zhuǎn)錄因子基因座處的3D染色質(zhì)組織的改變，可能導(dǎo)致了Ebf1 激活的受阻 175 蝎抽。除了AML中的突變外政钟，在小鼠生發(fā)中心 B 細(xì)胞中，Cohesin復(fù)合物亞基SMC3單等位基因的缺失會導(dǎo)致B細(xì)胞的過度增殖和漿細(xì)胞分化受損樟结，從而導(dǎo)致淋巴瘤的形成 176 。具體的精算，SMC3表達(dá)水平的降低會導(dǎo)致TAD內(nèi)相互作用的顯著減少瓢宦，從而削弱了腫瘤抑制基因的增強(qiáng)子-啟動子相互作用 176 。CTCF表達(dá)水平的降低在超二倍體兒童 ALL 中也很常見灰羽，這與 TAD 邊界周圍的全基因組轉(zhuǎn)錄失調(diào)相關(guān)驮履，可能是導(dǎo)致白血病發(fā)生的重要原因177 。此外廉嚼，研究還發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白SATB1表達(dá)水平的降低或基因組結(jié)合受損與AML 和皮膚 T 細(xì)胞淋巴瘤的致癌轉(zhuǎn)化相關(guān) 178,179 怠噪，可能是通過遠(yuǎn)程基因互作調(diào)控來實現(xiàn)的 180 傍念。
在白血病或淋巴瘤中，其他染色質(zhì)相關(guān)蛋白的突變也可能會影響免疫細(xì)胞的3D基因組組織双藕，并促進(jìn)其惡性轉(zhuǎn)化忧陪。研究發(fā)現(xiàn)嘶摊，H1接頭組蛋白的突變在淋巴瘤中是很常見的更卒。H1接頭組蛋白的缺失會破壞小鼠生發(fā)中心B細(xì)胞的3D基因組組織蹂空，導(dǎo)致顯著的染色質(zhì)解離和大規(guī)模的A/B染色質(zhì)區(qū)室轉(zhuǎn)變。這種染色質(zhì)的錯誤折疊促進(jìn)了在發(fā)育上被沉默的干細(xì)胞程序的去抑制咐熙，從而導(dǎo)致免疫細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化 95棋恼。EZH2是Polycomb復(fù)合物的重要組成成分爪飘，研究發(fā)現(xiàn) EZH2的功能獲得性突變在非霍奇金淋巴瘤中是很常見的拉背，它的突變會導(dǎo)致組蛋白H3K27me3介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄沉默增加犁罩。有趣的是两疚，這些表觀遺傳修飾和轉(zhuǎn)錄程序的變化在特定的 TAD 中以協(xié)調(diào)一致的方式發(fā)生诱渤，導(dǎo)致 TAD 內(nèi)相互作用的改變并抑制腫瘤抑制基因的表達(dá) 181鞋吉。 Lamin B1是細(xì)胞核膜的一個組成部分励烦，在 AML 中經(jīng)常被刪除坛掠。在人類造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞中屉栓，核纖層蛋白 Lamin B1 的缺失不會影響3D基因組的染色質(zhì)區(qū)室和 TAD結(jié)構(gòu)域友多，而是會導(dǎo)致編碼關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子（包括 EBF1 和 HOXB）的基因座處增強(qiáng)子-啟動子環(huán)的局部重塑域滥。這些重要轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)的改變可能會導(dǎo)致骨髓瘤的形成 182 。
Notch信號通路對T 細(xì)胞的正常發(fā)育至關(guān)重要沟使，大量研究表明NOTCH 蛋白的激活突變在惡性淋巴腫瘤中普遍存在渊跋。促癌的NOTCH 突變蛋白可以結(jié)合到增強(qiáng)子上并增加其染色質(zhì)互作燕少，形成相互作用調(diào)節(jié)元件聚集的3D染色質(zhì)互作調(diào)控中心183蒿囤。強(qiáng)染色質(zhì)交互的3D互作中心可能會進(jìn)一步促進(jìn)關(guān)鍵致癌基因如MYC的表達(dá) 183 。同時嗽桩，研究還發(fā)現(xiàn)藥理學(xué)抑制NOTCH蛋白的表達(dá)會破壞NOTCH調(diào)節(jié)位點的 TAD 內(nèi)相互作用碌冶，但對全局 3D 基因組組織沒有太大的影響 158,183 。值得注意的是譬重，NOTCH突變的促癌作用需要轉(zhuǎn)錄因子TCF1在造血祖細(xì)胞中誘導(dǎo) T 細(xì)胞特異的轉(zhuǎn)錄程序臀规，這涉及到TCF1介導(dǎo)的增強(qiáng)子-啟動子相互作用的改變 184 塔嬉。NOTCH突變的T-ALL細(xì)胞經(jīng)常會獲得非遺傳性的抵抗NOTCH抑制劑的耐藥性谨究。有趣的是胶哲，耐藥的T-ALL細(xì)胞相對于正常細(xì)胞在染色質(zhì)區(qū)室澈吨、TAD結(jié)構(gòu)域和增強(qiáng)子-啟動子相互作用水平上顯示出實質(zhì)性的變化碾盟，這些變化是由于B細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子EBF1的異常抑制性表達(dá)所驅(qū)動的 185 屈藐。建立B細(xì)胞調(diào)節(jié)程序可以避免對致癌突變NOTCH的依賴联逻，這表明獲得新的3D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)可能是腫瘤細(xì)胞非遺傳耐藥性的基礎(chǔ)包归。
染色體易位產(chǎn)生的融合蛋白是白血病發(fā)生的常見驅(qū)動因素之一公壤，通常將轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與含有內(nèi)在無序區(qū)域（IDRs）的蛋白質(zhì)融合在一起厦幅。 IDR區(qū)域可以在相分離的作用下形成相分離凝聚物，與 3D 基因組的組織結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián) 25瓤的。NUP98–HOXA9轉(zhuǎn)錄因子的融合會導(dǎo)致白血病的發(fā)生塔猾，它們通過IDR區(qū)域介導(dǎo)的相分離作用形成核凝聚物本辐，這對于NUP98-HOXA9染色質(zhì)的結(jié)合慎皱、超增強(qiáng)子的形成，以及在原癌基因處建立不依賴于CTCF的染色質(zhì)環(huán)是至關(guān)重要的186 祈匙。因此跪帝，相分離可能是驅(qū)動3D基因組染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重組的一個強(qiáng)有力因素伞剑，在惡性腫瘤細(xì)胞中被利用來維持癌基因的表達(dá)黎泣。
總之，這些研究表明托呕，3D基因組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的破壞可能是基因異常表達(dá)的重要因素频敛，與免疫細(xì)胞功能障礙和骨髓或淋巴祖細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化密切相關(guān)项郊。
參考文獻(xiàn)：Cuartero S, Stik G, Stadhouders R. Three-dimensional genome organization in immune cell fate and function. Nat Rev Immunol. 2023 Apr;23(4):206-221. doi: 10.1038/s41577-022-00774-5.
