Hoxa3基因是同源框基因家族中的一员,它编码一个包含601个氨基酸的蛋白质,属于同源结构域(Homeobox)转录因子。Hoxa3基因在胚胎发育过程中起着关键作用,特别是对神经嵴细胞(NCCs)和咽囊结构的形成和分化至关重要。它参与了多种器官和组织的发育,包括甲状腺、胸腺、甲状旁腺、咽囊、鳃弓、颅神经和软骨等。
在神经嵴细胞迁移方面,Hoxa3基因的缺失会导致神经嵴细胞和咽囊来源的细胞迁移异常,从而影响鳃弓神经的形成。研究发现,Hoxa3基因在鸡胚胎的鳃弓神经前体细胞迁移中发挥重要作用,其功能对于鳃弓神经前体细胞的迁移至关重要。在鸡胚胎中,Hoxa3基因的表达模式与小鼠Hoxa3基因的表达模式略有不同[1]。
在肿瘤发生方面,Hoxa3基因的表达与人类结直肠癌的发生发展密切相关。Hoxa3基因的表达水平与结直肠癌患者的生存率呈负相关,即Hoxa3基因表达水平越高,患者的生存率越低。研究显示,Hoxa3基因通过激活EGFR/Ras/Raf/MEK/ERK信号通路来促进结直肠癌的生长和增殖[2]。
在病毒感染方面,Hoxa3基因的表达受到猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)的调控。PRRSV感染可以显著上调Hoxa3基因的表达。Hoxa3基因通过负调控血红素加氧酶-1(HO-1)基因的转录,抑制I型干扰素(IFN-I)的响应,从而帮助病毒逃避宿主免疫反应[3]。
在胚胎发育方面,Hoxa3基因的缺失会导致小鼠胚胎咽部器官发育严重缺陷,包括无胸腺、无甲状旁腺、甲状腺发育不良和鳃后体持续存在等。Hoxa3基因在咽部器官的发育过程中起着多种作用,包括控制组织组织和器官分化,以及在神经嵴细胞中促进器官迁移和形态发生[4]。
在皮肤修复方面,分泌型HoxA3可以促进表皮增殖和血管生成。研究发现,分泌型HoxA3可以改善复合皮肤移植的血管生成,减少炎症介质的表达,并延长复合皮肤移植的完整性。这表明HoxA3在皮肤修复和血管生成中起着重要作用[5]。
Hoxa3基因在小鼠胚胎发育中对胸腺和甲状旁腺的分化、形态发生具有多方面的作用。Hoxa3基因的缺失会导致小鼠胚胎缺乏第三咽囊来源的胸腺和甲状旁腺,以及相关器官特异性标记物的缺失或下调。Hoxa3基因在胸腺和甲状旁腺的发育过程中发挥着复杂的、组织特异性的功能,包括调控器官特异性领域的形成、分化和形态发生[6]。
Hoxa3基因可以诱导内皮细胞和上皮细胞的迁移,从而促进血管生成和伤口修复。研究发现,Hoxa3基因的表达可以增加内皮细胞的迁移能力,促进血管生成,并上调MMP-14和uPAR基因的表达。此外,Hoxa3基因的表达在伤口愈合过程中上调,而在糖尿病小鼠中,Hoxa3基因的表达没有上调,这表明Hoxa3基因在糖尿病小鼠的伤口愈合中起着重要作用[7]。
在非小细胞肺癌(NSCLC)中,Hoxa3基因的表达水平显著下调。Hoxa3基因的表达下调可能与NSCLC的进展和不良预后相关。研究还发现,Hoxa3基因的表达下调可能与NSCLC组织中HOXA3基因的甲基化水平升高有关[8]。
Hoxa3基因在小鼠胚胎发育中对颈动脉体的形成至关重要。Hoxa3基因的缺失会导致小鼠胚胎缺乏颈动脉体。研究发现,Hoxa3基因的表达在第三咽弓和咽囊中强烈表达,而颈动脉体的原基在第三鳃弓动脉的壁上形成。Hoxa3基因的缺失导致第三鳃弓动脉的发育异常,进而导致颈动脉体和颈动脉系统的畸形[9]。
Hoxa3基因可以调节损伤诱导的骨髓衍生细胞的动员和招募。研究发现,Hoxa3基因的表达可以增加内皮祖细胞的动员和招募,并减少炎症细胞的招募。此外,Hoxa3基因的表达还可以上调促进干细胞/祖细胞动员和招募的基因表达,同时抑制炎症信号通路中许多成员的表达,从而加速伤口修复[10]。
综上所述,Hoxa3基因在多种生物学过程中发挥着重要作用,包括神经嵴细胞迁移、肿瘤发生、病毒感染、胚胎发育、皮肤修复、器官分化、形态发生和伤口修复等。Hoxa3基因的表达异常与多种疾病的发生发展密切相关,包括结直肠癌、非小细胞肺癌、病毒感染等。深入研究Hoxa3基因的功能和调控机制,有助于揭示相关疾病的发病机制,并为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Watari-Goshima, Natsuko, Chisaka, Osamu. 2011. Chicken HOXA3 gene: its expression pattern and role in branchial nerve precursor cell migration. In International journal of biological sciences, 7, 87-101. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21278919/
2. Zhang, Xianxiang, Liu, Guangwei, Ding, Lei, Gao, Yuan, Lu, Yun. 2017. HOXA3 promotes tumor growth of human colon cancer through activating EGFR/Ras/Raf/MEK/ERK signaling pathway. In Journal of cellular biochemistry, 119, 2864-2874. doi:10.1002/jcb.26461. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29073728/
3. Feng, Yingtong, Guo, Xuyang, Tian, Hong, Zheng, Haixue, Xiao, Shuqi. 2021. Induction of HOXA3 by Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus Inhibits Type I Interferon Response through Negative Regulation of HO-1 Transcription. In Journal of virology, 96, e0186321. doi:10.1128/JVI.01863-21. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34851144/
4. Chojnowski, Jena L, Trau, Heidi A, Masuda, Kyoko, Manley, Nancy R. 2016. Temporal and spatial requirements for Hoxa3 in mouse embryonic development. In Developmental biology, 415, 33-45. doi:10.1016/j.ydbio.2016.05.010. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27178667/
5. Kuo, Jennifer H, Cuevas, Ileana, Chen, Amy, Kuri, Mauricio, Boudreau, Nancy. . Secreted HoxA3 Promotes Epidermal Proliferation and Angiogenesis in Genetically Modified Three-Dimensional Composite Skin Constructs. In Advances in wound care, 3, 605-613. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25302136/
6. Chojnowski, Jena L, Masuda, Kyoko, Trau, Heidi A, Capecchi, Mario, Manley, Nancy R. 2014. Multiple roles for HOXA3 in regulating thymus and parathyroid differentiation and morphogenesis in mouse. In Development (Cambridge, England), 141, 3697-708. doi:10.1242/dev.110833. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25249461/
7. Mace, Kimberly A, Hansen, Scott L, Myers, Connie, Young, David M, Boudreau, Nancy. 2005. HOXA3 induces cell migration in endothelial and epithelial cells promoting angiogenesis and wound repair. In Journal of cell science, 118, 2567-77. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15914537/
8. Gan, Bin-Liang, He, Rong-Quan, Zhang, Yu, Hu, Xiao-Hua, Chen, Gang. 2018. Downregulation of HOXA3 in lung adenocarcinoma and its relevant molecular mechanism analysed by RT-qPCR, TCGA and in silico analysis. In International journal of oncology, 53, 1557-1579. doi:10.3892/ijo.2018.4508. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30066858/
9. Kameda, Yoko, Nishimaki, Toshiyuki, Takeichi, Masatoshi, Chisaka, Osamu. . Homeobox gene hoxa3 is essential for the formation of the carotid body in the mouse embryos. In Developmental biology, 247, 197-209. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12074562/
10. Mace, Kimberly A, Restivo, Terry E, Rinn, John L, Young, David M, Boudreau, Nancy J. . HOXA3 modulates injury-induced mobilization and recruitment of bone marrow-derived cells. In Stem cells (Dayton, Ohio), 27, 1654-65. doi:10.1002/stem.90. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19544454/