摘要
免疫细胞的分化、发育和激活需要转录程序的精确和协调控制。基因组的三维（3D）组织结构已成为染色质状态、转录活性和细胞身份决定的重要调节因子，它可以通过促进或阻碍转录调控元件与靶基因之间的远程染色质相互作用来调控基因的表达。染色质折叠可使免疫细胞对胞外信号产生细胞类型特异性和刺激特异性的转录应答反应，这对于控制免疫细胞命运分化、炎症反应和产生各种抗原受体特异性应答是必不可少的。在此，我们系统回顾了3D基因组组织与免疫细胞分化和功能控制之间联系的最新研究进展，并讨论了3D基因组折叠的改变如何导致免疫细胞的功能障碍和恶性转化。
免疫反应中的基因组拓扑结构
先天性免疫反应
针对病原体的免疫防御始于先天免疫系统的激活，先天免疫系统主要由吞噬细胞（如巨噬细胞、树突细胞）、粒细胞（如中性粒细胞）和 ILC细胞（如自然杀伤细胞）等组成。当免疫细胞中识别典型病原体相关分子（PAM）的受体被激活后，它们会迅速上调数百种炎症反应基因的表达，这些基因编码的蛋白产物能够杀灭病原体、清除死细胞，以及释放大量的细胞因子和趋化因子等71。其中，有些炎症基因的表达会在几分钟内被诱导出来，而另一些则可能需要几个小时 72,73 。这些复杂的时间动态调控模式是由谱系特异性转录因子在细胞刺激之前建立的广泛增强子网络所控制的。例如，在巨噬细胞中，髓系细胞特异性转录因子PU.1确定了增强子库，刺激信号激活的转录因子可以与之结合以增加增强子的活性 74,75,76,77 。然而，有一小部分诱导型的增强子不是预先建立的，而是在刺激之后重新出现的 75,76。此外，在炎症反应期间，有一部分启动子也可以作为真正的增强子协助远程基因的调控 78 。
“炎症”增强子的快速激活以及随后的转录程序需要3D基因组中增强子-启动子远程互作的精确协调控制。也许并不奇怪，大多数染色质相互作用在不同先天免疫细胞激活后仍然保持不变，并且大多数TAD和染色质区室仅发生微小的变化 79,80,81,82,83 。这些发现提出了一个模型，即基因组的三维构象充当了一个结构支架，可以将增强子及其作用靶基因置于3D邻近位置，从而启动响应基因以在刺激时快速激活 5 。然而，基因组染色质互作强度的变化也可能取决于细胞类型和刺激信号。研究表明，在小鼠树突状细胞中，只有10%的染色质相互作用在脂多糖 (LPS) 刺激后显示出可检测到的变化 81 ，这类似于非免疫细胞在炎症刺激下观察到的适度变化 79,82 。有趣的是，大多数预先建立的染色质相互作用都涉及处于primed状态的增强子元件，并在LPS刺激后被激活 81。然而，研究还发现当使用佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯 (PMA) 激活人中心粒细胞时，染色质的短程相互作用整体减少，而远程染色体间互作逐渐增加 80 。尽管大多数染色质区室的边界保持稳定，但一小部分具有较弱 A 区室关联的炎症基因位点会在刺激时增加其A区室互作强度，表明已启动3D基因组重塑。刺激可以诱导黏连蛋白Cohesin快速募集到这些区域的增强子中，这可能与基因的转录激活相关 80 。有趣的是，钙离子的快速内流在30分钟后会削弱了中性粒细胞的整体区室隔离，这可能是为了解除那些防止炎症基因过早激活的调节区域的强隔离效应 84 。类似的，人们在PMA刺激的人THP-1单核细胞中，也观察到了先天免疫细胞所表现出的3D基因组拓扑结构的广泛预制性，其中仅有约200个染色质互作环是从头建立的 85 。最近的一项后续研究使用LPS激活THP-1单核细胞后，分别构建了不同激活时间点的高分辨率 (5kb) Hi-C互作图谱，通过差异分析仅检测到了1.2%的差异染色质互作环 (n= 502)，与检测到的53%的差异激活增强子和28%的差异表达基因形成了鲜明的对比86 。然而，新形成的染色质环与基因表达的上调密切相关，并且显著富集了刺激诱导的AP1家族转录因子的结合，而 CTCF则主要富集在稳定染色质环的锚定位点。类似的，人们在LPS处理的树突状细胞诱导的染色质相互作用中也显著富集到了AP1转录因子 81 ，这些结果表明信号响应的转录因子可以介导动态的远程染色质相互作用 85 。需要注意的是，这些研究并未评估5 kb分辨率以下的基因组拓扑结构，因此无法分析在超高分辨率（即单核小体水平）下观察到的更精细的TAD内相互作用。
CXC趋化因子配体 (CXCL) 基因簇是研究炎症基因位点快速重构局部3D染色质结构的典型范例。这些基因处在一个TAD结构内，并在炎症刺激时可以增强其常染色质特性以及重新定位到细胞核内部 80。在先天免疫和非免疫细胞中，当细胞受到不同类型的刺激时，CXCL TAD结构 87,88 及其相邻域 80 内的基因组相互作用变得更加频繁。在LPS处理的小鼠树突状细胞中，CXCL基因的启动子和增强子可以在单个细胞中形成一个相互交织的多向相互作用网络 81 ，从而协调的控制相应基因的转录激活。在全基因组范围内，肿瘤坏死因子 (TNF) 或 LPS 等先天免疫信号激活的靶基因可以参与转录因子驱动的3D染色质聚集 81,85,89 ，这有助于它们的快速诱导激活 5 。有趣的是，多向增强子-启动子相互作用在单个细胞中的同质性与转录噪声的减少有关，可能有助于炎症反应的稳定性 81 。人类 CXCL TAD结构也说明了结构域边界对于限制 ncRNA作用的重要性。在CXCL基因座的一个80kb超级增强子内，有一个炎症趋化因子基因座 (UMLILO) 的ncRNA 基因，当该非编码RNA转录时能够招募染色质修饰复合物到基因的启动子上，并促进其转录 87 . UMLILO的缺失确实会减弱CXCL基因的激活，但不影响邻近 TAD中基因的表达 87 。TAD内的相互作用可以将 UMLILO 复合物集中在靠近 CXCL 基因启动子的位置，从而允许信号响应性转录因子进行稳健的诱导。
已有研究表明Cohesin黏连蛋白或CTCF的缺失会损害 LPS 诱导的炎症基因的激活，这些结果进一步支持了3D基因组组织在引发炎症反应中的关键作用69,70,84,90,91,92 。Cohesin是关键上游炎症调节因子（包括转录因子和细胞因子受体）正确表达所必需的。因此，缺乏Cohesin的小鼠巨噬细胞显示出减弱的炎症反应，尤其是干扰素响应基因表达的降低 90 ，这是由诱导型增强子和可诱导基因的转录爆发部分解偶联所引起的92 。Cohesin还限制了人巨噬细胞中一部分炎症基因的诱导表达 69，以及在先前刺激的细胞中重新激活成簇的炎症基因集 93 。CC-趋化因子配体 2 (CCL2) 基因座的诱导表达可以用来说明CTCF在控制炎症基因诱导中的调节作用。激活前CTCF的缺失导致预先建立的增强子-启动子相互作用减弱，并导致 CCL2 的诱导表达受损 70 ，表明CTCF有助于在先天免疫细胞中建立快速上调炎症基因转录所需的3D 染色质景观。
总的来说，这些研究支持了以下模型，即预先建立的TAD 结构和基因互作中心（由CTCF和Cohesin粘连蛋白的环挤压过程所介导）为信号响应性转录因子提供了一个染色质框架，以调节诱导型基因和增强子之间的短程相互作用，从而促进炎症基因的快速响应和强烈激活（图 4）。
适应性免疫反应
淋巴细胞在骨髓或胸腺中发育成熟后，初始淋巴细胞会进入到外周血液循环中以寻找它们的同源抗原。在这种静息状态下，初始T 细胞和B 细胞处于一种高度致密的染色质状态，以维持静息状态并防止过早激活 47,94,95 。当初始淋巴细胞接收到同源抗原和共刺激信号的共同作用后，会被激活分化为效应性细胞。淋巴细胞的活化往往伴随着大规模的表观基因组和转录组重塑，从而转化为高度增殖和代谢活跃的细胞状态 96,97,98 。初始T 细胞和 B细胞通常需要几天的时间才能建立炎症基因表达程序，因为它们缺乏在先天免疫细胞中观察到的预先建立的增强子景观。有趣的是，近期有研究发现TCF1转录因子可以与CTCF蛋白合作协调3D基因组染色质相互作用，以保护初始T 细胞的稳态增殖 99 。目前，已有几项研究初步解析了T 细胞和B 细胞在激活活化和终末分化期间的3D基因组拓扑结构，绘制了支持转录重编程和细胞增殖的3D染色质相互作用的动态变化图谱。
体外 T 细胞受体 (TCR) 刺激和体内病毒诱导的 TCR 激活在小鼠和人类T细胞中均引发了大量的3D基因组拓扑结构的重塑，并且通常伴随着基因组染色质可及性和基因表达的变化 100,101,102,103,104,105,106 。刺激诱导的动态变化基因调控元件区域中富含谱系分化特异的转录因子，尤其在较少的尺度（<200kb）中最为明显 100,101,103,106 。在人类 T 细胞中，当初始T细胞被激活后，起初（0–4 h）TAD 结构基本保持稳定，但在随后的时间点中逐渐显示出明显的动态变化103,104。最近的一项研究表明，T细胞在激活后72小时发生全基因组范围内的TAD分区，导致比静息态T细胞中的TAD结构域更多但更小 104 。这种增加的绝缘区域可以通过促进局部增强子-启动子的相互作用频率，来支转录程序的快速激活，这种现象在活化的 B 细胞中也有报道 107 。据报道，在T 细胞激活期间，3D基因组中A 和 B 区室的转变是适度的 103,104 ，尽管这些分析只考虑了A/B区室转换的区域。然而，即使在没有广泛的A/B区室转换的情况下，A/B区室内染色质互作的动态变化也是大量存在的，正如小鼠 T 细胞和 B 细胞中 H1 接头组蛋白缺失所揭示的那样 47,95 。CD8+ T 细胞中H1接头组蛋白的缺失会导致染色质解离和染色质区室互作强度的广泛变化，诱导炎症反应基因的过早去阻遏 47 。此外，在人类T 细胞激活之前，一些快速反应基因会预先定位在细胞核的内部，而晚期反应基因则通常会从核纤层中释放出来 108 。 因此，A 和 B 区室化可以为基因的表达提供一个核框架，以平衡快速响应能力和防止过早激活 109 。
细胞因子在驱动T细胞亚型分化的过程中发挥着重要作用。例如，初始CD4+ T 细胞在细胞因子的作用下可以分化为不同类型的辅助性T细胞（T H 细胞），如 T H 1 细胞、T H 2细胞和T H 17细胞（图2）。这些 T H 细胞亚群通过分泌各自谱系特异性的细胞因子（如T H 1 细胞分泌的IFNγ）来协调应对不同类型的病原体 110,111 。小鼠 T 细胞的早期研究表明，在T H 细胞的特征细胞因子和转录因子基因位点处，其3D 基因组结构发生了大量的动态变化。例如，在T H 1 细胞分化过程中会涉及到将 T H 2 细胞相关基因重新定位到异染色质区域或细胞核的外围 114,115 ，并且在编码 IFNγ 的 Ifng 基因位点处形成新的远程增强子-启动子相互作用。后者至少部分取决于环挤压过程，因为Cohesin或 CTCF的缺失会导致相互作用减少，并且Ifng基因的表达也会降低 116,117 。T H 1细胞诱导T-bet转录因子也需要增强子-启动子的远程互作调控，可能是通过直接同源二聚化结合到Ifng基因的启动子和增强子上 116,118。在T H 2细胞的特征细胞因子基因座中，人们通过3C互作分析发现细胞因子Il4、Il5和Il13基因的启动子在空间上是相互靠近的，即使在非淋巴细胞中也是如此，但这些启动子只与 T 细胞附近的增强子元件发生相互作用119 。增强子-启动子的空间物理接近依赖于DNA 结合蛋白，如 SATB1 、YY1和 GATA3等。GATA3是T H 2 细胞谱系特异性的转录因子，类似于T H 1细胞的T-bet，当其与 DNA结合时可以形成同源二聚体 120,121,122 。T H 2细胞特异的细胞因子基因座的 3D 染色质折叠是否依赖于环挤压过程仍然是未知的，尽管 CTCF 缺陷的小鼠初始T 细胞在T H 2细胞诱导条件下未能上调相应细胞因子的表达 123，并且激活后的小鼠 T H 2 细胞的HiC数据分析结果表明，CTCF蛋白（还有 GATA3）可以在全基因组范围内建立调节性染色质相互作用 124 。有趣的是，有一项研究表明，在初始CD4+ T 细胞中，Ifng 和 Il4 基因之间可能存在染色体间的远程相互作用，但在T H 1 细胞或 T H 2 细胞分化后似乎会丢失这种相互作用 119。然而，最近在对小鼠和人类细胞的 Hi-C 数据分析中，并未检测到这些特定的染色体间的相互作用 125 。在初始CD4+ T细胞中，非活性的 Ifng 基因座显示出广泛的染色质相互作用特征，但该特征在小鼠 T H 1 细胞分化的过程中受到严格的限制，类似于 B 细胞发育期间转录因子调节相互作用的“聚焦” 55 。 Ifng 和 Il4 的全基因组相互作用在 T H 1 细胞和 T H 2 细胞中表现出细胞亚型特异性的互作模式，这似乎部分受到STAT家族转录因子的控制 126 。事实上，STAT4转录因子的缺失部分阻止了 T H 1 细胞中 Ifng 基因座的 3D 染色质重组 126 ，其他研究也表明 STAT家族蛋白参与了控制3D基因组拓扑结构 127,128,129,130 。AP1家族转录因子BATF是一个响应TCR 激活信号的下游转录因子，研究表明它在活化的小鼠 CD4+ T 细胞中对于CTCF介导的染色质环的形成是必需的，包括调节重要细胞因子位点的增强子-启动子相互作用131 。
初始B细胞接收到同源抗原刺激被激活后，会进一步迁移到生发中心，在那里接受 T 细胞介导的共刺激信号以经历大规模的增殖扩增和终末分化为分泌抗体的浆细胞 98 （图 2）。与 T 细胞相类似，B 细胞的激活也伴随着广泛的染色质解离与重塑和大规模的转录变化 16,51,107,132,133,134 。在此过程中，激活B细胞的3D基因组拓扑结构也显示出大量的染色质重塑16,51,107,132,133,134。体外激活初始B细胞的分析结果显示，基因组中远程染色质相互作用显著减少 107,133,135,136 ，这与B细胞基因组中全局染色质的解离相一致 94。通过对染色质A 和 B（和 I）区室进行比较分析，研究发现在人类初始 B 细胞激活分化的过程中，约有30%的染色质区室发生了状态转变16 。其中，几乎所有这些动态改变的区域 (96%) 都发生在初始B细胞向生发中心 B 细胞分化转变期间，并且该区域富含与生发中心形成相关的基因和转录因子 16 。一致地，在生发中心 B 细胞或浆细胞分化的过程中，与终末分化成熟相关的基因座（如Bcl6 和 Prdm1）会形成一个染色质区室规模的互作中心133,134,135 。重要的是，在小鼠中，生发中心 B 细胞的分化依赖于 H1 接头组蛋白，它可以隔离抑制B 区室中干细胞相关基因的表达 95。在 B 细胞激活和成熟过程中，基因组中TAD结构的边界似乎没有发生太大的变化。尽管有一项研究表明，在体外激活小鼠初始B细胞后，TAD的数目、CTCF 介导的染色质环和 TAD 内的短程相互作用显着增加 107 。这种从远程到短程染色质相互作用的转变，与增强子-启动子互作和转录程序的增强是密切相关的，并且需要持续的能量 (ATP) 输入以及 MYC等转录因子的作用 107 。这里，需要注意的是，这种体外 LPS 介导的 B 细胞激活过程并不一定能真实反映体内激活的复杂的生发中心反应。其他研究表明，OCA-B转录因子可以介导短程的染色质相互作用，从而调控生发中心 B 细胞分化关键基因的表达 132,137。有趣的是，在小鼠 B 细胞激活的过程中，3D基因组的拓扑结构发生了两次动态转变：一次在第一次细胞分裂之前，另一次在细胞终末分化期间 136。
总之，这些研究表明，与先天免疫细胞相比，淋巴细胞的激活往往伴随着广泛的多层级3D基因组拓扑结构的动态变化，以适应大规模的染色质解离与重塑、细胞增殖和炎症转录程序的协调建立。驱动这些染色质拓扑结构的变化会涉及到环挤压因子、谱系特异性转录因子和信号响应性转录因子之间复杂的相互作用（图 4）。
基因组拓扑结构与疾病
免疫细胞介导的疾病
许多主要的人类疾病都是由免疫细胞的功能异常所引起的 4 。例如，自身或无害抗原对T细胞的异常激活可以分别导致自身免疫性疾病 110 或过敏性疾病的发生 138 。淋巴细胞或髓系细胞的慢性或异常刺激可导致免疫细胞产生不必要的可塑性，从而分化为功能失调的细胞表型 110,139，例如巨噬细胞重编程或 T 细胞耗竭可导致抗肿瘤免疫能力失调 140 。基因表达的3D染色质空间互作异常通常与人类疾病的发生相关 141，包括免疫相关疾病。在此，人们提出了两种不同的研究场景（图 5）。在第一种研究场景中，基因组遗传变异或表观遗传信息（如DNA甲基化的改变）的改变影响了转录因子或环挤压蛋白的结合，从而破坏了3D基因组的染色质构象和转录控制，导致免疫细胞分化障碍、功能异常。其中，一个典型的例子是与哮喘易感性相关的 17q21 SNP突变，哮喘是一种常见的慢性炎症性疾病，该突变与T H 2 细胞的活性增强相关，从而促进了哮喘的发生。研究表明，这些 SNP 突变可以改变 CD4+ T 细胞中ORMDL3基因附近的 CTCF 结合位点，从而导致形成新的增强子-启动子相互作用，并增强了ORMDL3基因的表达 142 。ORMDL3表达水平的增加进一步抑制了 IL-2 的产生，而IL-2 是 T H 细胞功能的关键调节细胞因子。此外，还有研究发现，自身免疫性疾病相关的几个风险 SNP 位于 TNFAIP3 基因位点中，该基因可以编码负调节促炎性 NF-κB 信号转导的 A20 蛋白 143 。 研究表明，这些与TNFAIP3 相互作用的位于调控区域中的SNP突变可以阻碍转录因子的结合，同时在人原代CD4+ T 细胞中发现3D 染色质折叠的紊乱和基因表达水平的降低 144,145,146 。同样的，人们还发现，与免疫疾病相关的遗传变异会损害人嗜中性粒细胞中PU.1转录因子的结合，从而导致异常的增强子-启动子相互作用和基因表达异常 147 。有趣的是，与自身免疫性1型糖尿病相关的染色质区域，只会在疾病易感性的 NOD 小鼠的 3D 核空间中发生聚集，这表明基因的遗传变异可能会导致 3D 基因组的组织结构发生广泛的变化，从而共同增加了疾病的易感性 148 。
基因遗传变异影响3D基因组拓扑结构的第二种研究情景是，编码重要转录因子或环挤压蛋白的基因的蛋白编码序列发生了突变。其中，一个典型的例子是 FOXP3转录因子，它是免疫抑制性调节性 T 细胞分化至关重要的转录因子，研究表明它可以通过介导增强子-启动子相互作用来调控其靶基因的表达 149 。FOXP3的突变可能会影响其调节功能，导致FOXP3在小鼠模型中会被异常的招募到T H 2 型细胞因子基因座上 150。具体的，突变的FOXP3会重新构建局部的3D 染色质折叠，以促进2型细胞因子基因表达的激活，从而产生功能失调的调节性 T 细胞，并导致严重的自身免疫性疾病 150 。
免疫细胞恶性肿瘤
在上述第二种研究场景中，基因的遗传变异也可能会导致免疫细胞的恶性转化，从而引发白血病或恶性淋巴瘤等（图5）。研究表明，癌症中的体细胞突变和结构变异并不是随机分布的，而且常常与TAD 边界相重叠 151。特定遗传变异改变3D染色质互作结构的典型例子是急性 T 细胞白血病 (T-ALL) 的发生，在T-ALL中，人们发现TAD结构域边界的反复微缺失，会导致不同结构域间的绝缘作用减弱和原癌基因如 LMO2 或 TAL1 的异常表达上调（参考文献. 152 ）。类似地，在B 细胞前体急性白血病中，TAD 边界的缺失会促进异常的远程染色质相互作用，并增加白血病驱动基因 FLT3 的表达（参考文献 153 ）。在 Ph 样 ALL 中，GATA3 基因中的一个内含子SNP突变产生了一个新的增强子元件，从而异常地激活了GATA3的表达。具体的，GATA3表达水平的升高诱导了全基因组水平的 A/B 染色质区室化和染色质环的形成，从而将CRLF2 癌基因定位在附近的超级增强子处 154 。同样的，一段白血病保护性5bp区域的缺失，会产生一个 MEF2 结合位点，从而导致局部的基因组折叠改变和 AXIN2 肿瘤抑癌基因表达的上调155。在白血病和淋巴瘤中，染色体重排通常会将异位增强子转移到致癌基因所在的 TAD 结构域中（被称为“增强子劫持”），从而异常激活致癌基因的表达，导致癌症的发生 156 。一个典型的例子是急性髓性白血病 (AML) 中的染色体倒位和易位，它们将 GATA2 增强子重新定位在 EVI1 TAD 内，从而产生新的增强子-启动子相互作用，导致EVI1 致癌基因表达上调和 GATA2 单倍剂量不足，最终共同导致了癌症的发生 157 。
然而，癌症中特定 TAD 边界绝缘作用的减弱并不总是与边界处的基因序列改变相关。在 T-ALL 中，人们已经鉴定到了反复发生的 TAD 融合事件，包括携带 MYC 致癌基因的 TAD 融合，使得来自邻近 TAD内的超级增强子能够接触 MYC 并上调其表达 158 。尽管 NOTCH 转录因子（见下文）或组蛋白甲基转移酶 NSD2（它们是白血病和淋巴瘤的致癌驱动因素）促进了局部染色质可及性的增加，但这种癌症特异性 CTCF在白血病细胞中的潜在招募机制仍不清楚 159,160 。对神经胶质瘤的研究提供了另一种潜在的作用机制，研究表明异柠檬酸脱氢酶 1 (IDH1) 或 IDH2 的突变会损害 TET 介导的DNA去甲基化过程，从而导致TAD 边界产生高甲基化修饰，这些甲基化修饰会损害 CTCF蛋白的结合，并因此抑制了TAD结构的局部绝缘效应。进一步的，这导致了血小板衍生生长因子受体-α (PDGFRA) 致癌基因与邻近 TAD 中的增强子之间形成了新的染色质相互作用，导致致癌基因异常过度表达 161 。鉴于在 AML中经常观察到IDH1和IDH2基因的突变 162 ，因此，类似的机制可能与白血病的发生相关。其他描述的机制包括 ncRNA 的异常表达，它可以募集 CTCF 以促进 AML 中的 TAD 绝缘作用和驱动致癌基因的表达163 。3D基因组折叠的改变也发生在 B 细胞淋巴瘤中 16,164,165 ，尽管这些是如何发生的以及它们是否在功能上相关仍有待确定。
尽管目前确定3D基因组拓扑结构的改变与肿瘤克隆选择性优势之间的因果关系仍然具有挑战性，但是调控3D基因组组织结构相关蛋白的突变（或缺失）可能是恶性免疫细胞中基因组错误折叠的基础。其中，最突出的例子是Cohesin 蛋白复合体成员的经常性突变。研究发现，在AML患者中Cohesin蛋白表现出异常高的突变频率 162,166,167 。在体内，造血系统中Cohesin蛋白的缺失会导致造血祖细胞群的组成显着改变，其自我更新能力增强，分化潜能降低 168,169,170,171,172。其中，一种解释可能是Cohesin缺陷型小鼠造血祖细胞和Cohesin突变型AML 细胞对炎症信号的反应能力发生了改变 90,173 ，因为炎症信号是祖细胞分化的关键驱动因素 174 。其他提出的机制包括Cohesin缺陷型细胞中重要转录因子（如 HOXA9 或 RUNX1 ）的染色质结合发生了改变168,169,170 。此外， Cohesin复合物中STAG2亚基的缺陷会导致小鼠模型中的B 细胞发育异常，这归因于Ebf1转录因子基因座处的3D染色质组织的改变，可能导致了Ebf1 激活的受阻 175 。除了AML中的突变外，在小鼠生发中心 B 细胞中，Cohesin复合物亚基SMC3单等位基因的缺失会导致B细胞的过度增殖和浆细胞分化受损，从而导致淋巴瘤的形成 176 。具体的，SMC3表达水平的降低会导致TAD内相互作用的显著减少，从而削弱了肿瘤抑制基因的增强子-启动子相互作用 176 。CTCF表达水平的降低在超二倍体儿童 ALL 中也很常见，这与 TAD 边界周围的全基因组转录失调相关，可能是导致白血病发生的重要原因177 。此外，研究还发现染色质结构蛋白SATB1表达水平的降低或基因组结合受损与AML 和皮肤 T 细胞淋巴瘤的致癌转化相关 178,179 ，可能是通过远程基因互作调控来实现的 180 。
在白血病或淋巴瘤中，其他染色质相关蛋白的突变也可能会影响免疫细胞的3D基因组组织，并促进其恶性转化。研究发现，H1接头组蛋白的突变在淋巴瘤中是很常见的。H1接头组蛋白的缺失会破坏小鼠生发中心B细胞的3D基因组组织，导致显著的染色质解离和大规模的A/B染色质区室转变。这种染色质的错误折叠促进了在发育上被沉默的干细胞程序的去抑制，从而导致免疫细胞的恶性转化 95。EZH2是Polycomb复合物的重要组成成分，研究发现 EZH2的功能获得性突变在非霍奇金淋巴瘤中是很常见的，它的突变会导致组蛋白H3K27me3介导的转录沉默增加。有趣的是，这些表观遗传修饰和转录程序的变化在特定的 TAD 中以协调一致的方式发生，导致 TAD 内相互作用的改变并抑制肿瘤抑制基因的表达 181。 Lamin B1是细胞核膜的一个组成部分，在 AML 中经常被删除。在人类造血干细胞和祖细胞中，核纤层蛋白 Lamin B1 的缺失不会影响3D基因组的染色质区室和 TAD结构域，而是会导致编码关键转录因子（包括 EBF1 和 HOXB）的基因座处增强子-启动子环的局部重塑。这些重要转录因子表达的改变可能会导致骨髓瘤的形成 182 。
Notch信号通路对T 细胞的正常发育至关重要，大量研究表明NOTCH 蛋白的激活突变在恶性淋巴肿瘤中普遍存在。促癌的NOTCH 突变蛋白可以结合到增强子上并增加其染色质互作，形成相互作用调节元件聚集的3D染色质互作调控中心183。强染色质交互的3D互作中心可能会进一步促进关键致癌基因如MYC的表达 183 。同时，研究还发现药理学抑制NOTCH蛋白的表达会破坏NOTCH调节位点的 TAD 内相互作用，但对全局 3D 基因组组织没有太大的影响 158,183 。值得注意的是，NOTCH突变的促癌作用需要转录因子TCF1在造血祖细胞中诱导 T 细胞特异的转录程序，这涉及到TCF1介导的增强子-启动子相互作用的改变 184 。NOTCH突变的T-ALL细胞经常会获得非遗传性的抵抗NOTCH抑制剂的耐药性。有趣的是，耐药的T-ALL细胞相对于正常细胞在染色质区室、TAD结构域和增强子-启动子相互作用水平上显示出实质性的变化，这些变化是由于B细胞特异性转录因子EBF1的异常抑制性表达所驱动的 185 。建立B细胞调节程序可以避免对致癌突变NOTCH的依赖，这表明获得新的3D染色质结构可能是肿瘤细胞非遗传耐药性的基础。
染色体易位产生的融合蛋白是白血病发生的常见驱动因素之一，通常将转录调控因子与含有内在无序区域（IDRs）的蛋白质融合在一起。 IDR区域可以在相分离的作用下形成相分离凝聚物，与 3D 基因组的组织结构相关联 25。NUP98–HOXA9转录因子的融合会导致白血病的发生，它们通过IDR区域介导的相分离作用形成核凝聚物，这对于NUP98-HOXA9染色质的结合、超增强子的形成，以及在原癌基因处建立不依赖于CTCF的染色质环是至关重要的186 。因此，相分离可能是驱动3D基因组染色质结构重组的一个强有力因素，在恶性肿瘤细胞中被利用来维持癌基因的表达。
总之，这些研究表明，3D基因组拓扑结构的破坏可能是基因异常表达的重要因素，与免疫细胞功能障碍和骨髓或淋巴祖细胞的恶性转化密切相关。
参考文献：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.
