Dlx5-flox 基因敲除小鼠

DLX5，也称为Distal-less homeobox 5，是一种重要的转录因子，属于Distal-less homeobox基因家族。DLX5在多个生物学过程中发挥重要作用，包括骨骼发育、神经发育和疾病发生。DLX5基因编码的蛋白质具有DNA结合结构域，能够与特定的DNA序列结合，从而调控下游基因的表达。DLX5在胚胎发育过程中表达，对神经系统的发育和分化具有重要影响。此外，DLX5还参与骨骼发育过程，对骨形成和骨重塑具有调节作用。DLX5的异常表达与多种疾病的发生和发展密切相关，包括骨发育异常、神经系统疾病和某些类型的癌症。因此，研究DLX5的功能和调控机制对于深入理解相关疾病的发病机制和寻找新的治疗策略具有重要意义。

Runx2是一种重要的转录因子，对骨发育具有关键作用。Runx2在成骨细胞的增殖、分化和功能中发挥重要作用，并通过直接调节Fgfr2和Fgfr3来增强成骨祖细胞的增殖。Runx2还通过直接调节hedgehog (Ihh, Gli1, 和 Ptch1), Fgf (Fgfr2 和 Fgfr3), Wnt (Tcf7, Wnt10b, 和 Wnt1), 和 Pthlh (Pthr1)信号通路基因以及Dlx5来增强suture间充质细胞的增殖，并诱导其进入成骨细胞谱系细胞。Runx2的杂合突变会导致开放性前囟和缝隙，因为超过一半的Runx2基因剂量对于在suture间充质细胞中诱导这些基因是必需的。Runx2通过与hedgehog、Fgf、Wnt和Pthlh信号分子以及转录因子（包括Dlx5和Sp7）的相互调节来调节成骨祖细胞的增殖及其分化为成骨细胞。Runx2在体外诱导主要骨基质蛋白基因（包括Col1a1、Spp1、Ibsp、Bglap2和Fn1）的表达。然而，Runx2在分化成骨细胞中的功能以及在体内表达这些基因的作用需要进一步研究[1]。

DLX5基因通过调节Notch信号通路促进尿毒症大鼠的肾小球硬化和间质纤维化。在尿毒症表达芯片中，我们发现DLX5在尿毒症样品中上调，并且被认为可以调节Notch信号通路。我们发现小干扰RNA介导的DLX5抑制或Notch1信号通路抑制剂处理可以缓解和延迟尿毒症中的肾脏损伤和肾小球硬化。同时，DLX5或Notch1信号通路的抑制降低了FN、LN、Nothch1、TGF-β1、Hes1、Hes5和Jagged2的表达。有趣的是，我们发现Notch1信号通路在沉默DLX5后被抑制。因此，这些发现突出了DLX5调节Notch信号通路的作用，这可能反过来促进尿毒症并发症，如肾脏纤维化，为治疗尿毒症提供了新的治疗靶点[2]。

DLX5/6在成年小鼠GABA能神经元中的表达水平调节成年Parvalbumin神经元密度和焦虑/强迫行为。我们发现，Dlx5/6等位基因剂量与成年前扣带回和海马中Parvalbumin阳性神经元的密度呈线性相关。同时，我们发现GABA能神经元中Dlx5/6表达水平与焦虑和强迫行为强度呈线性相关。我们的发现强化了调节Dlx5/6表达的观念，这涉及到个体认知的变异性，并且可能与某些神经精神疾病的发生有关[3]。

DLX5/6 GABA能表达影响社会发声：对人类进化的影响。我们发现Dlx5/6VgatCre小鼠表现出超发声和超社交表型。只有7%的对照组小鼠每10分钟发出超过700次发声，而30%和56%的杂合子或纯合子Dlx5/6VgatCre小鼠每10分钟发出超过700次，甚至高达1400次发声，其中复杂和调制发声的比例更高。超发声动物更具社交性：与未知访客进行动态互动的时间比低发声个体多出一倍以上。受Dlx5/6影响的特征（社交性、发声、头骨和脑部形状…）与受“驯化综合症”影响的特征重叠。因此，我们探讨了DLX5/6在人类进化和“自我驯化”中的作用，比较了尼安德特人和现代人类的DLX5/6基因组区域。我们发现了一个存在于12.6%欧洲个体中的尼安德特人单倍型（DLX5/6-N单倍型），它涵盖了DLX5/6编码和调节序列。DLX5/6-N单倍型包括GTF2I的结合位点，GTF2I与威廉姆斯-贝尔综合征有关，这是一种超社交和超发声的神经发育障碍。DLX5/6-N单倍型在半超级百岁老人（>105岁）中显著不足，半超级百岁老人是人类健康衰老和长寿的公认模型，这表明它们可能与长寿、社交性和言语的共同进化有关[4]。

DLX5通过促进Col10a1表达和软骨细胞肥大以及参与骨关节炎进展。通过qRT-PCR和Western blot分析，我们发现肥大MCT和ATDC5细胞中COL10A1和DLX5的水平显著升高，而与增殖阶段相比。Dlx5的强制表达进一步增加，而Dlx5的敲低降低了肥大MCT细胞中的COL10A1表达。我们进行了双荧光素酶报告和ChIP检测，并证明DLX5通过直接与Col10a1顺式增强子相互作用来促进报告活性。我们建立了一个小鼠骨关节炎模型，并发现与对照相比，骨关节炎小鼠的关节软骨和软骨下骨中COL10A1和DLX5显著升高。值得注意的是，Dlx5的强制过表达在肥大MCT细胞中上调RUNX2，而先前发现相邻的DLX5和RUNX2结合位点位于Col10a1顺式增强子内。因此，我们的数据表明DLX5可能通过RUNX2协同控制细胞特异性Col10a1表达和软骨细胞肥大，并参与骨关节炎发病机制[5]。

Rett综合征（RS）是一种X连锁神经发育障碍，是女性中第二常见的遗传性智力迟钝原因。在典型RS病例中，MECP2基因的不同突变高达95%。MECP2主要在神经元中表达，作为主要的转录抑制因子。在患有RS的女孩和小鼠模型上进行的广泛研究表明，寻找MeCP2蛋白的主要基因靶点和定义其缺陷引起的神经病理学变化。与RS中自闭症特征与特发性自闭症和智力迟钝患者进行比较的研究得到了展示。与RS和自闭症共同减少的是树突分支，导致进一步研究发病机制相似性，包括自闭症脑中MeCP2蛋白水平以及MeCP2对与自闭症相关的基因（如DLX5和15q11-13区域基因）的影响。该区域还与安格尔曼综合征有关，安格尔曼综合征与RS有许多相似之处。尽管有这些联系，但在非特异性自闭症和智力迟钝人群中，MECP2突变很少见[6]。

综上所述，DLX5是一种重要的转录因子，参与调控多个生物学过程，包括骨骼发育、神经发育和疾病发生。DLX5的异常表达与多种疾病的发生和发展密切相关，包括骨发育异常、神经系统疾病和某些类型的癌症。因此，研究DLX5的功能和调控机制对于深入理解相关疾病的发病机制和寻找新的治疗策略具有重要意义。