Dag1-flox 基因敲除小鼠

DAG1，即 dystroglycan（DG）基因，编码一个前体蛋白，该蛋白释放出 dystroglycan（DG）粘附复合物的两个亚基，这些亚基在多种细胞和组织的众多细胞功能中发挥作用。除了产生α和β亚基的蛋白酶解事件外，特别是前者在粗面内质网/高尔基体中经历了广泛的“产后”修饰，其核心蛋白在N端和O端都被糖类修饰。这些翻译后事件主要由大量已认证或假设的糖基转移酶协调。目前，关于α-DG糖基化的遗传和生化证据已经大量积累，而对于DAG1或其mRNA的染色质激活、转录或转录后（剪接和从细胞核逃逸）的可能调节事件则知之甚少。设想了一个场景，即细胞会使用一种优先的、几乎不受调节的DAG1激活途径，这将涉及快速mRNA转录、成熟和向细胞质的出口，然后是多个耗时的酶促翻译后活动，这些活动对其糖基化至关重要[1]。

DAG1编码的 dystroglycan 是 dystrophin-glycoprotein complex（DGC）的关键成分，在骨骼肌功能和维持中起着至关重要的作用。双等位基因的 DAG1 功能缺失变异会导致严重的肌肉萎缩和肌肉-眼-脑疾病。DAG1 缺乏对较轻的肌肉表型的可能贡献已被提出。一项研究调查了12例持续性轻度至重度高CK血症患者的遗传背景，以分析 DAG1 在这种情况中的作用。通过外显子组测序（ES）或包括各种涉及肌肉疾病谱的基因的定制NGS面板进行遗传检测。对从三名患者获得的肌肉活检样本进行了组织病理学和Western blot分析。在所有家庭中，确定了七种新的 DAG1 杂合截断变异，与孤立或轻微症状的高CK血症相关。这些变异罕见，并预测会导致无义介导的mRNA降解或形成截断的转录物。在四例中，DAG1 变异从受影响的父母那里继承。组织病理学分析显示，肌肉样本中 dystroglycan 亚基的表达减少，Western blot 确认肌肉样本中 β-dystroglycan 的表达显著降低。这项研究支持 DAG1 杂合不足在孤立或轻微症状的高CK血症中的致病作用，这对临床管理和遗传咨询具有重要意义[2]。

DAG1 缺陷也与多种神经肌肉疾病有关。例如，在黎巴嫩进行的20年临床和遗传神经肌肉队列分析表明，81.4% 的患者被诊断为运动神经元疾病和肌肉萎缩症，其中近一半的患者被诊断为脊髓性肌萎缩症（SMA）。此外，杜氏和贝克肌肉萎缩症是该研究中第二最常见的神经肌肉疾病，这些疾病与本研究中识别出的最多的变异相关[3]。

卫星细胞功能障碍在神经肌肉疾病中也起着重要作用。这些疾病是一组异质性的获得性或遗传性疾病，影响横纹肌功能。肌肉无力通常是进行性的，并且伴随着骨骼肌功能和再生能力的持续下降。正常情况下，骨骼肌中的 resident 成肌细胞，即卫星细胞，通过提供生长、维持、修复和再生的成肌细胞来确保组织稳态。最近，我们定义了“卫星细胞病”，即那些在肌肉萎缩症和肌病中表现为卫星细胞功能障碍的遗传性神经肌肉疾病。在这里，我们通过评估所有16类神经肌肉疾病中卫星细胞功能受损的潜力来扩展卫星细胞病的范围，包括那些主要涉及神经源性和心脏疾病的疾病。我们使用转录组分析来探索 myopathogenes（突变导致骨骼肌发病的基因）的表达动力学。这表明，45% 的 myopathogenes 在早期卫星细胞激活（0-5小时）期间表达差异。在这271个 myopathogenes 中，83个对 Pax7 响应，Pax7 是卫星细胞的主调节因子。我们的分析表明，在许多神经肌肉疾病中，包括那些骨骼肌病理不是主要表现的疾病中，卫星细胞功能可能受到干扰[4]。

在中国患者中进行的 dystroglycanopathy 基因变异和临床谱研究显示，FKRP 基因的突变最为常见，其次是 POMT2、POMT1、POMGNT1、ISPD、FKTN、GMPPB、B3GALNT2、DPM3 和 DAG1。许多这些变异是创始人突变。具有 FKRP 突变的患者倾向于具有较轻的表型，而具有 POMGNT1 基因突变的患者则具有更严重的表型。智力障碍是 POMT1 基因突变相关的临床特征[5]。

DAG1 在植物中也发挥着重要作用。例如，DAG1蛋白在拟南芥中的功能研究表明，DAG1蛋白可以介导 PIL5 对种子萌发的活性，通过负调节 GA 生物合成基因 AtGA3ox1 来发挥作用。此外，DAG1 还可能在拟南芥的 hypocotyl 延长中作为一个负调节因子，在 PHYB 途径下游发挥作用[6]。

最后，在 DAG1 基因中插入 floxed Neo 基因座的研究表明，在靶定小鼠的骨骼肌中，DAG1 的转录水平和 DG 蛋白的表达没有发现任何可能归因于基因靶向的变异。然而，研究人员发现胫骨前肌的横截面积有所增加，这可能具有一些生理意义，需要在将来进行评估。此外，靶定小鼠的骨骼肌形态及其在损伤后的再生能力没有显示出任何明显的变异。这证实了用 floxed Neo 基因座靶向 DAG1 不会产生任何明显的副作用[7]。

综上所述，DAG1 基因编码的 dystroglycan 蛋白在多种细胞和组织的众多细胞功能中发挥着重要作用。DAG1 的突变与多种疾病有关，包括肌肉萎缩症、神经肌肉疾病和植物种子萌发。此外，DAG1 的翻译后修饰和转录调控也是研究的热点。未来，对 DAG1 的进一步研究将有助于我们更好地理解其在疾病发生和发展中的作用，并为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。