Cdx4-flox 基因敲除小鼠

Cdx4是Cdx家族中的一种重要的同源异型框转录因子，它在早期脊椎动物发育中发挥着多种作用，包括调节前后轴的椎体模式化和轴向延长。Cdx基因家族成员Cdx1、Cdx2和Cdx4已被提出作为Wnt、RA和FGF信号通路中的信号传导分子，以协调与前后椎体模式化和轴向延长相关的事件。此外，Cdx1和Cdx2已被报道既可以自我调节，也可以受到其他家族成员的交叉调节。Cdx4的表达在Cdx2（-/-）突变体中显著下调，这表明存在先前未知的交叉调节相互作用。Cdx4已被证明是经典Wnt信号通路的直接靶点，并且Cdx1与LEF/TCF成员在自我调节回路中物理相互作用。因此，研究人员研究了Cdx2如何影响Cdx4表达，并评估了Cdx2与经典Wnt信号通路之间在Cdx4启动子上的潜在相互作用。他们发现，Cdx2在瞬时转染实验中调节Cdx4启动子的活性。电泳迁移率变化分析显示，Cdx2结合Cdx4启动子中预测的Cdx反应元件，当这些元件发生突变时，活性显著降低。与这些数据一致，从胚胎中进行的染色质免疫沉淀分析表明，Cdx2在体内占据Cdx4启动子。然而，他们没有观察到Cdx2与经典Wnt信号通路成分之间的相互作用。这些发现表明，尽管经典Wnt和Cdx2都可以调节Cdx4启动子的活性，但它们似乎通过不同的机制起作用[3]。

Cdx4在脊椎动物胚胎的尾部区域表达，并调节同源异型基因的转录。同源异型基因在正常骨髓形成过程中表达减少，但在具有MLL1基因易位或部分串联重复的白血病中表达异常。Cdx4激活HOXA9和HOXA10基因的转录，而HoxA10激活CDX4转录。先前未定义的事件打破了这种反馈回路，使得Cdx4表达在正常骨髓形成过程中减少。在当前研究中，研究人员发现HoxA9在分化的髓样细胞中抑制CDX4转录，与HoxA10的激活作用相拮抗。他们确定HoxA10的酪氨酸磷酸化会损害CDX4的转录激活，而HoxA9的酪氨酸磷酸化则会促进该基因的抑制。由于HoxA9和HoxA10在骨髓形成过程中被磷酸化，这为分化阶段特异性的Cdx4表达提供了一种机制。HoxA9和HoxA10在表达Mll-Ell的细胞中增加，Mll-Ell是一种与白血病相关的MLL1融合蛋白。他们发现Mll-Ell在髓样祖细胞中诱导了HoxA10依赖性的Cdx4表达增加。然而，当Mll-Ell表达的细胞暴露于分化细胞因子时，Cdx4会以HoxA9依赖性的方式减少。与仅表达Mll-Ell的髓样祖细胞相比，他们发现表达Mll-Ell和组成型活性Shp2的细胞中CDX4转录和Cdx4表达增加。在将这些细胞暴露于分化细胞因子时，Cdx4表达增加得到维持。这些结果表明，HoxA9和HoxA10与Shp2的组成型激活共同过表达导致CDX4转录增加并持续存在，这在临床上具有重要意义，因为MLL1易位和Shp2的组成型激活共存于人类髓样白血病中[1]。

Cdx4在脊椎动物胚胎的尾部区域表达，并调节同源异型基因的转录。研究人员通过分析野生型和Cdx4缺陷胚胎中所有49个斑马鱼同源异型基因的时空表达谱来解决这个问题。Cdx4功能的丧失对同源异型基因的时空表达产生了不同的影响：在头部，第4组表达向后部扩展；在躯干，第5-10组表达向后部转移；在尾部，第11-13组基因在尾芽中表达，但在更分化的组织中不表达。在躯干神经组织中，Cdx4功能的丧失严重延迟了同源异型基因在启动阶段的转录激活，以及同源异型基因表达域在前向扩展阶段的向前扩展。相比之下，在躯干间充质中，Cdx4功能的丧失只延迟了同源异型基因的启动阶段。这些结果表明，Cdx4以同源异型组依赖性的方式差异调节头部、躯干和尾部同源异型基因的转录。在躯干中，Cdx4主要通过调节同源异型基因在启动阶段的转录激活时间，将空间位置信息传递给轴向组织[2]。

HOX基因已被证明在血液发生中起着重要作用。此外，在大多数急性髓系白血病（AML）和许多急性淋巴细胞白血病（ALL）病例中，已经发现全球HOX基因失调，并且有大量证据表明，HOX基因的异常表达有助于白血病的发病机制。然而，尽管在罕见情况下AML中的个别HOX基因会发生重排，并且已知某些白血病相关融合蛋白（如涉及混合谱系白血病（MLL）基因的融合蛋白）是HOX基因的转录靶点，但在大多数情况下，HOX基因的上游调节因子仍然未知。已知CDX家族的非簇集同源异型基因是HOX基因表达的发育调节因子。研究人员最近证明，Cdx4在成年小鼠骨髓中表达，其表达模式与Hox基因一致。他们还证明，CDX2在大多数AML患者样本中表达，而CDX4在近四分之一的AML患者样本中表达。对于CDX2，这种表达主要是单等位基因的，并且与编码序列或启动子突变、基因扩增或异常启动子甲基化无关。此外，稳定敲低CDX2导致AML细胞系增殖和克隆性的丧失，并且用逆转录病毒工程化表达的骨髓在移植受体中生成AML。Cdx4被证明与已知的Hox共因子Meis1a协同作用，结构-功能实验证实了Cdx4的转录因子功能对于转化是必需的。最后，CDX2或CDX4的表达导致正常造血祖细胞和白血病组织中Hox基因程序的失调。综上所述，这些研究将CDX蛋白作为AML中HOX基因调节的主要调节因子[4]。

Cdx4在脊椎动物胚胎的尾部区域表达，并调节同源异型基因的转录。在脊椎动物脊髓中，FGF、Wnt和视黄酸信号通路通过调节一个尚未完全理解的转录因子基因调控网络来调节神经祖细胞的逐步尾部到头部成熟。研究人员在鸡前神经管中绘制了这种基因调控网络，确定CDX4是一个双功能核心组件，它同时调节细胞潜能的逐渐丧失和分化状态的获得：在尾部到头部的方向上，CDX4抑制早期神经分化标记Nkx1.2，并促进晚期神经分化标记Pax6。值得注意的是，CDX4通过阻断Ngn2激活，防止PAX6依赖性神经分化的过早发生。CDX4对Pax6的调节受到视黄酸信号的限制，仅限于前神经管的头部。这些结果表明，在脊髓中，CDX4是控制神经祖细胞成熟过程中从高到低潜能的顺序和逐步过渡状态的基因调控网络的一部分。鉴于CDX在Hox基因调节中的众所周知作用，他们提出CDX因子在脊髓发育过程中协调神经祖细胞的成熟和轴向谱系特异性[5]。

HoxA10是一种同源异型框转录因子，它影响包括血液形成在内的多种发育过程。在决定性血液形成过程中，HoxA10的表达在承诺的髓样祖细胞中达到最大，并随着分化的进行而减少。在人类AML预后较差的亚群中，发现骨髓细胞中HoxA10的表达异常增加。与这一发现一致，将HoxA10过表达的骨髓移植到小鼠中会导致AML的发生。然而，相对较少的靶基因已被确定为解释HoxA10在白血病发生中的作用。在当前研究中，研究人员确定了CDX4作为HoxA10的靶基因。Cdx4是一种同源异型框转录因子，也被认为与髓样白血病发生有关。尽管相对较少的Cdx4靶基因已被确定，但已知Cdx4会影响HOX基因的转录。他们确定了一个HoxA10结合顺式元件，它激活CDX4启动子的转录。他们还确定了一个Cdx4结合顺式元件，它激活HOXA10启动子。因此，在HoxA10过表达的细胞中，Cdx4表达的升高增强了内源性HOXA10基因的转录。这些细胞中增加的内源性HoxA10诱导了额外的CDX4转录。他们发现，Cdx4以HoxA10依赖性的方式影响HoxA10靶基因的转录。同样，HoxA10以Cdx4依赖性的方式影响HOX基因的转录。他们之前发现，HoxA10过表达的髓样祖细胞对各种细胞因子表现出过度敏感。在当前研究中，他们发现Cdx4敲低降低了HoxA10过表达细胞的细胞因子敏感性。因此，这些研究确定了HoxA10和Cdx4之间的正反馈关系，这可能会放大任何一种转录因子对AML发病机制的贡献[6]。

Cdx4在脊椎动物胚胎的尾部区域表达，并调节同源异型基因的转录。神经嵴（NC）是一种短暂的多能细胞群体，广泛迁移以产生一系列脊椎动物细胞类型。NC细胞谱系特异性以前部到后部的方向发展，导致形成轴向限制的亚群。最前部、颅部的NC群体在原肠胚形成结束时和神经胚形成开始时被指定，而身体延伸时，更后部的群体被指定。目前尚不完全清楚控制更后部NC细胞发育的机制。在这里，研究人员报告了斑马鱼Cdx4在发育后部NC细胞中的关键作用。他们证明cdx4在躯干NC细胞祖细胞中表达，直接结合NC细胞特异性增强子，在后部身体中调节关键NC发育基因foxd3的表达。此外，cdx4突变体显示出躯干NC细胞迁移的节段模式中断，这是由于正常的领导者/跟随者细胞动力学丧失。最后，他们使用细胞移植来生成嵌合体，证明Cdx4不是在旁轴中胚层（NC迁移的环境）中发挥作用，以影响迁移行为。他们得出结论，cdx4在后部身体中建立躯干NC迁移行为方面发挥着关键作用，并且可能在组织自主性的方式中发挥作用。这些结果表明，cdx4是斑马鱼胚胎后部身体中NC谱系特异性基因的一个关键早期基因[7]。

Cdx4在脊椎动物胚胎的尾部区域表达，并调节同源异型基因的转录。删除尾侧/CDX基因会改变Hox基因的表达，并导致后部组织和血液形成的缺陷。然而，Hox基因表达缺陷只能部分解释这些表型。为了深入了解Cdx4的功能，研究人员在斑马鱼中进行了染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）和基因表达分析，确定了转录因子spalt-like 4（sall4）作为Cdx4的靶点。ChIP-seq显示Sall4结合其自身的基因位点以及cdx4位点。表达分析表明，Cdx4和Sall4共调节启动血液形成的基因，如Hox、Scl和Lmo2。联合cdx4/sall4基因敲低损害了红细胞生成，而Cdx4和Sall4靶基因Scl和Lmo2的共过表达挽救了红细胞程序。这些发现表明，Cdx4和Sall4的自身调节和交叉调节在间充质中建立一个稳定的分子回路，随着发育的进行，促进血液特异性程序的激活[8]。

综上所述，Cdx4是一种重要的同源异型框转录因子，它在早期脊椎动物发育中发挥着多种作用，包括调节前后轴的椎体模式化和轴向延长。Cdx4通过调节Hox基因的表达，在血液发生和白血病发生中起着重要作用。此外，Cdx4还在神经系统的发育中发挥着关键作用，调节神经祖细胞的成熟和轴向谱系特异性。这些研究表明，Cdx4在多个生物学过程中发挥着重要作用，其功能失调可能导致多种疾病的发生。