Mdm1-flox 基因敲除小鼠

基因Mdm1，也称为mouse double minute 1，是一种在脊椎动物中高度保守的基因。它最初在肿瘤细胞系中被发现，并被认为是一种致癌基因候选者。随后，研究发现Mdm1基因的突变可能导致小鼠的年龄相关性视网膜变性2，这是通过遗传连锁分析发现的。此外，MDM1蛋白被发现在小鼠的多纤毛气管上皮细胞中的中心体、纤毛和细胞核中表达。这些观察结果表明MDM1可能在细胞生理学中具有一些基本功能。然而，该基因的进化历史及其在胚胎发育过程中的表达仍然在很大程度上未被探索[1]。

MDM1基因编码的蛋白质在所有多细胞动物中都是进化上保守的。此外，MDM1基因在脊椎动物中处于保守的共线性位置。在几乎所有被分析的真核生物中，只有一个MDM1基因。由于脊椎动物基因组在脊椎动物起源时经历了两到三次全基因组复制，因此只有一个MDM1 ohnolog被保留下来，这是有趣的。这一观察结果表明，在基因组复制之后，其他MDM1 ohnologs已经丢失。此外，使用全胚胎原位杂交技术，发现在斑马鱼早期胚胎发育过程中，mdm1在前脑、肾导管和尾芽中表达。MDM1是一种进化上保守的基因，其同源基因可以追溯到原始多细胞动物谱系。在脊椎动物中，MDM1基因处于保守的共线性位置，只有一个MDM1 ohnolog，这表明它是一个“复制抗性”基因。其在斑马鱼早期胚胎中的表达模式表明，mdm1可能在中央神经系统、肾脏和造血系统的发育中发挥重要作用[1]。

CTCF结合位点在Mdm1-Il22-Ifng位点中塑造细胞因子表达谱，并在早期Th1细胞命运决定中发挥关键作用。细胞因子在T细胞分化过程中的表达是一个高度调控的过程，涉及细胞因子位点上的长程启动子增强子和CTCF-CTCF接触。研究发现，在Th1细胞分化过程中，Ifng和Il22增强子被可诱导的TAD隔离。靶向删除这些TAD的17bp边界基序不平衡了Th1和Th17相关免疫，无论是在体外还是在体内，在弓形虫感染后。相反，这个边界元素对于自然杀伤细胞中的细胞因子调节是不必要的。这些发现表明，精确的细胞因子调节依赖于系谱和发育阶段特异性的三维染色质结构和增强子景观的相互作用[2]。

MDM1是一种微管结合蛋白，它负调节中心体复制。研究发现MDM1蛋白定位于有丝分裂细胞和分化多纤毛细胞中的中心体。3D-SIM显微镜显示MDM1紧密地与中心体桶相关联，很可能位于中心体腔内。MDM1的过表达抑制了中心体复制，而MDM1的耗尽导致了可能代表中心体形成早期中间体的颗粒物质的增加。研究发现MDM1在体内和体外都能结合微管。在MDM1中鉴定了一个重复基序，该基序对于有效的微管结合是必需的，并且发现这些重复也存在于另一种微管结合蛋白CCSAP中。提出MDM1是中心体复制的负调节因子，其功能是通过微管结合介导的[3]。

MDM1/SNX13是一种新的内质网-内溶酶体细胞器连接蛋白。虽然内溶酶体转运已经得到很好的定义，但是它是如何被调节的，以及它是如何与细胞代谢协调的，仍然不清楚。为了识别控制内溶酶体动力学的基因，进行了一项基于全荧光的筛选，以揭示内质膜效应基因。筛选表明，含有Phox（PX）结构域的蛋白质MDM1在内质膜动力学中起作用。令人惊讶的是，发现MDM1是一种新的细胞器连接蛋白，定位于内质网（ER）-空泡/溶酶体膜接触位点（MCSs）。研究显示MDM1是ER锚定的，并通过其脂质结合PX结构域在空泡表面进行跨膜接触。令人印象深刻的是，MDM1的过表达诱导了ER-空泡过度连接，突出了其作为细胞器连接蛋白的作用。还发现MDM1及其同源物Ydr179w-a（在本研究中命名为Nvj3）独立于已建立的连接蛋白Nvj1，定位于ER-空泡MCSs。最后，发现与神经疾病相关的SNX14等位基因类似MDM1的截断无法连接ER和空泡，并扰乱鞘脂代谢。这项工作表明，人类MDM1同源物可能在细胞器通讯和脂质代谢中发挥以前未被重视的作用[4]。

SNX Mdm1/SNX14在TORC1失活后调节核仁动力学。在营养缺乏或目标雷帕霉素复合物1（TORC1）蛋白激酶失活时，会引发核仁蛋白的降解——核仁吞噬。在核仁吞噬之前，核仁蛋白迁移到核-空泡连接（NVJ），在那里发生微核仁吞噬，而rDNA（rRNA基因）重复区域被浓缩并向NVJ远端位点逃避。这表明，NVJ在TORC1失活后从核外控制核仁动力学，但其分子机制尚不清楚。研究发现，在NVJ处的细胞器连接蛋白SNX Mdm1介导了TORC1失活引起的核仁动力学。此外，Mdm1对于TORC1失活后核仁蛋白的适当核仁吞噬降解是必需的，其中它在核仁吞噬通量的诱导中是不必要的。这表明核仁吞噬和核仁动力学是由TORC1失活独立调节的。最后，Mdm1对于在营养缺乏条件下存活至关重要。SNX14的突变，人类MDM1同源物，会导致神经发育障碍。这项研究为SNX介导的微自噬与神经发育障碍之间的关系提供了新的见解[5]。

一个新型小鼠模型由于Mdm1基因中的无义突变而出现年龄相关性视网膜变性（arrd2）。这些小鼠在6个月大时具有正常的视网膜、电视网膜图（ERGs）和视网膜组织学；在14个月时出现血管萎缩、RPE萎缩和色素异常，到22个月时发展为光感受器的完全丧失和ERG熄灭。遗传分析表明，arrd2中的视网膜变性以常染色体隐性方式分离，并且疾病基因定位在小鼠10号染色体上。通过定位候选克隆方法，在小鼠双分钟1基因（Mdm1）中发现了一个无义突变，该突变导致推测蛋白从718个氨基酸截断到398个。已经鉴定了Mdm1基因的一个新型转录本，它是视网膜中的主要转录本。Mdm1转录本定位于神经视网膜的核层。视网膜中Mdm1的表达从出生后第30天稳步增加到1岁，然后维持高水平。在arrd2小鼠的视网膜中，Mdm1转录本显著减少，并且观察到该转录本通过无义介导的衰变而降解。这些结果表明，Mdm1转录本的耗尽可能是导致arrd2小鼠晚发性进行性视网膜变性机制的根源。对一组年龄相关性黄斑变性（AMD）患者的队列进行分析，其中易感位点定位在12q染色体上，该区域携带MDM1的人类同源物，没有发现人类MDM1与AMD之间的关联[6]。

综上所述，基因Mdm1在脊椎动物中高度保守，并且在多种生物学过程中发挥着重要作用。它参与了中心体复制、细胞因子表达谱的塑造、核仁动力学、视网膜变性和病毒抵抗等过程。此外，MDM1蛋白的异常表达与多种疾病的发生和发展有关，包括神经发育障碍和年龄相关性视网膜变性。MDM1的研究不仅有助于深入理解细胞器通讯、核仁动力学和视网膜变性的分子机制，还为疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。