Kif5c-flox 基因敲除小鼠

Kif5c，也称为Kinesin superfamily member 5C，是一种编码微管相关马达蛋白的基因，属于Kinesin家族。Kinesin家族是一类分子马达蛋白，负责在细胞内沿微管运输各种货物，如细胞器、蛋白质和其他分子。Kif5c在神经系统中尤其重要，因为它在神经元运输和神经发育中发挥着关键作用。

Kif5c基因的突变与多种神经发育障碍相关。例如，Banerjee等人报道了一个6岁3个月大的中国男孩，他患有明显的癫痫、智力障碍、脑萎缩和心理运动迟缓。通过全外显子测序，发现他在KIF5C基因的第三外显子上有一个新的杂合框内缺失（c.265_267delTCA），导致ATP结合域中的进化上高度保守的p.Ser90被移除。体外实验表明，ATP水解活性显著降低。免疫荧光研究显示，野生型KIF5C广泛分布于细胞质中，而突变型KIF5C与微管共定位。活细胞成像分析表明，突变型KIF5C失去了过氧化物酶体运输能力。果蝇模型也证实了p.Ser90del在神经系统发育中的重要作用[1]。

Poirier等人发现，KIF5C基因的突变会导致皮质发育畸形（MCD）和小头症。他们报道了在患有MCD的患者中发现多个TUBG1、DYNC1H1和KIF2A基因的致病错义突变，以及在KIF5C中发现一个单一的胚系嵌合突变。此外，他们发现KIF5C、KIF2A和DYNC1H1基因的突变会影响ATP水解、蛋白质折叠和微管结合。这些数据强调了中心体和微管相关蛋白在皮质发育中的重要性，并强烈表明微管依赖的有丝分裂和分裂后过程是MCD发病机制的主要贡献者[2]。

Duquesne等人报道了KIF5C基因热点突变与皮质发育畸形（MCD）的相关性。他们描述了一个16岁患者的自然史，该患者被鉴定为KIF5C基因突变携带者，并发展出婴儿期癫痫。他们收集了迄今为止所有报道的患者表型描述和分子结果，以更好地定义这一实体[3]。

Li等人研究了KIF5C基因缺陷对小鼠皮质神经元迁移、树突分支和突触形态的影响。他们发现，在KIF5C基因敲除的小鼠和人类iPSC衍生的前脑类器官中，KIF5C表达水平很高。Kif5c缺陷导致皮质神经元迁移、树突和突触生长紊乱。这些结果表明，Kif5c在皮质发育中发挥着关键作用，为MCD的发病机制提供了新的见解[4]。

Kanai等人克隆了KIF5C基因，并研究了其在神经元中的分布和功能。他们发现，KIF5C与KIF5A相似，是一种神经元KIF5，但在2周龄或更老的鼠的较低运动神经元中高度表达。这表明KIF5C在维持运动神经元中的作用，而不是它们的形成，如轴突延长[5]。

Dathe等人研究了鸡胚发育过程中kif5c的表达模式。他们发现，kif5c在包括神经和间充质组织在内的多种发育组织中表现出高度动态的表达模式。在早期胚胎中，kif5c在Hensen节点的表达模式是不对称的，在右侧表达更强，这表明kif5c参与左-右身体轴的形成。在后期，kif5c在轴旁、中间和体节间充质以及尾芽中发现表达。在神经管形成过程中，kif5c在表皮和神经板细胞中表达。在较老的胚胎中，表达限于背根和颅神经节、神经管和嗅迹。这些结果表明，在鸡胚胎中，kif5c在多种形态发生过程中发挥作用[6]。

Tong等人报道了长链非编码RNA ZNF667-AS1通过靶向miR-523-3p/KIF5C轴来抑制结肠癌进展。他们发现，结肠癌细胞和组织中ZNF667-AS1和KIF5C的表达下调，而miR-523-3p的表达上调。ZNF667-AS1过表达降低了结肠癌细胞的增殖和迁移，恢复了失活的细胞凋亡，并抑制了体内的肿瘤生长。miR-523-3p与ZNF667-AS1和KIF5C 3'UTR相关。ZNF667-AS1过表达在SW480和SW620细胞中减弱了miR-523-3p在结肠癌中的致癌作用。然而，这种减弱作用被KIF5C过表达所抵消。ZNF667-AS1结合miR-523-3p，减少了miR-523-3p介导的KIF5C表达的抑制，从而在体外抑制了结肠癌的发生[7]。

Parrini等人综述了脑畸形的遗传基础。他们指出，与MCD相关的基因主要涉及细胞增殖和分化、神经元迁移和皮质晚期组织。例如，LIS1、DCX、ARX、RELN、VLDLR、ACTB、ACTG1、TUBG1、KIF5C、KIF2A和CDK5基因的异常与这些畸形相关。此外，他们还提到了与微管和中心体关键成分的合成和功能相关的基因，如TUBA1A、TUBA8、TUBB、TUBB2B、TUBB3和DYNC1H1，这些基因的突变与MCD相关，并被称为微管病[8]。

Willemsen等人研究了KIF4A和KIF5C基因在智力障碍和突触功能中的作用。他们发现，KIF4A和KIF5C基因的突变与智力障碍相关。在KIF4A基因中有一个破坏性突变，导致轻度到中度智力障碍和癫痫。在KIF5C基因中有一个新的错义突变，导致严重智力障碍、癫痫、小头症和皮质畸形。他们还发现，KIF4A的敲低改变了初级大鼠海马神经元的兴奋性和抑制性突触传递之间的平衡，而KIF5C的突变影响了其在兴奋性突触中的蛋白功能。这些结果表明，KIF4A和KIF5C基因的突变通过改变兴奋性和抑制性突触兴奋性之间的平衡来导致智力障碍[9]。

Jurgens等人扩展了眼先天性颅神经支配障碍（oCCDD）的遗传学和表型。他们通过表型和467个未解决oCCDD患者的全外显子或全基因组测序，整合了家系分析、人类和动物模型表型以及新发变异体的分析，以识别罕见的候选单核苷酸变异、插入/缺失和结构变异。他们发现，在467个患者中有43个（9.2%）发现了致病/可能致病的变异，在另外70个患者中发现了意义不明确的变异。这些变异包括已知和新的变异，以及与综合征相关的基因，这些综合征有时包括oCCDD，例如MYH10、KIF21B、TGFBR2和TUBB6。他们还发现了与oCCDD表型相关的基因，但没有先前的oCCDD关联，例如CDK13、TGFB2、TUBA4A、KIF5C、CTNNA1、KLB和FGF21。这些研究结果表明，未解决的oCCDD是临床上和遗传上异质性的疾病，通常与其他孟德尔条件重叠，并提出了许多候选基因供未来的复制和功能研究[10]。

综上所述，Kif5c基因在神经发育和神经元运输中发挥着关键作用。Kif5c基因的突变与多种神经发育障碍相关，包括癫痫、智力障碍、脑萎缩、心理运动迟缓、皮质发育畸形和小头症。Kif5c基因的突变会影响ATP水解、蛋白质折叠、微管结合、皮质神经元迁移、树突分支和突触生长。此外，Kif5c基因的表达模式在鸡胚胎发育过程中表现出高度动态性，参与多种形态发生过程。Kif5c基因的突变还与结肠癌的发生有关，可能通过影响miR-523-3p/KIF5C轴来发挥作用。这些研究表明，Kif5c基因在神经系统和癌症中发挥着重要作用，对神经发育障碍和癌症的研究具有重要意义。