Trim21-flox 基因敲除小鼠

Trim21，也称为三联结构域蛋白21，是一种细胞质中的泛素连接酶和抗体受体。它在细胞内免疫中发挥着重要作用，通过作为传感器拦截已逃避细胞外中和并穿透细胞膜的抗体包裹病毒，从而提供对入侵病毒的最后一道防线。Trim21与病毒上的Fc段结合，触发了协调的效应子和信号传导反应，防止病毒复制的同时诱导抗病毒细胞状态。这种双重效应功能受到自泛素化和磷酸化的严格调控。

Trim21在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括免疫反应、细胞代谢、氧化还原稳态和癌症发展。例如，Trim21可以负调控p62-Keap1-Nrf2抗氧化通路，通过泛素化p62来防止其寡聚化和蛋白质隔离功能。氧化还原稳态在许多癌症中起着至关重要的作用，包括肝细胞癌。研究表明，Trim21在肝细胞癌中表达升高，而Trim21基因敲除小鼠对致癌物DEN诱导的肝细胞癌的发生具有抵抗力。Trim21的缺失可以保护细胞免受DEN诱导的氧化损伤和细胞死亡，降低肝组织修复反应和代偿性增殖。细胞中Trim21的缺乏导致p62对Keap1的增强隔离，从而保护细胞免受DEN诱导的ROS诱导和细胞死亡。重新表达野生型TRIM21但不是E3连接酶失活和p62结合缺陷的突变体TRIM21，可以阻碍TRIM21缺乏细胞对DEN诱导的氧化损伤和细胞死亡的防护作用。TRIM21的表达与人类肝细胞癌相关。TRIM21的基因消除可以防止氧化性肝损伤和降低肝细胞癌的发生，表明TRIM21可以作为预防性和治疗性靶点[2]。

Trim21还参与调节炎症细胞死亡，即细胞焦亡。Gasdermin-D（GSDMD）是炎症性caspase切割时细胞焦亡的执行者，在宿主防御和对危险信号的反应中起着至关重要的作用。迄今为止，除了切割之外，还没有已知机制来调节GSDMD。研究表明，Trim21通过其PRY-SPRY结构域与GSDMD相互作用，在静息细胞中维持GSDMD的稳定表达，并在细胞焦亡过程中诱导GSDMD的N端聚集。Trim21缺乏的细胞对NLRP3或NLRC4炎症小体激活的反应性细胞死亡减少。小鼠中Trim21的基因消除可以保护免受LPS诱导的炎症和葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎。因此，Trim21在GSDMD介导的细胞焦亡中发挥着至关重要的作用，可能是控制和治疗与炎症相关疾病的一个有希望的靶点[3]。

此外，Trim21在癌症中发挥着重要的肿瘤抑制功能。例如，Trim21是突变型p53（mutp53）的一个关键的E3泛素连接酶，mutp53蛋白在人类癌症中往往积累到非常高的水平，通过获得功能（GOF）机制促进癌症进展。研究表明，Trim21直接与mutp53相互作用，导致其泛素化和降解，从而抑制mutp53的GOF在肿瘤发生中的作用。癌症细胞中Trim21的缺乏促进了mutp53的积累和GOF在肿瘤发生中的作用。与p53R172H敲入小鼠相比，p53R172H敲入小鼠在肿瘤中特异性地积累了mutp53，而正常组织中则没有积累，TRIM21的缺失导致正常组织中mutp53的积累，肿瘤发生时间提前，小鼠的寿命缩短。此外，TRIM21在一些人类癌症中经常下调，包括结直肠和乳腺癌，TRIM21低表达与携带mutp53的癌症患者的预后不良相关。这些结果表明，TRIM21是癌症中mutp53积累的重要机制，并且TRIM21具有在携带mutp53的癌症中发挥重要肿瘤抑制功能及其机制[1]。

Trim21还参与调节细胞代谢。研究表明，PI3K/AKT信号通路与戊糖磷酸途径（PPP）分支代谢途径之间存在重要的相互调控。PI3K/AKT激活通过抑制新发现的E3连接酶TRIM21来稳定G6PD（PPP的限速酶），促进PPP。PPP代谢物反过来通过阻断AKT抑制剂PHLD3的表达来加强AKT激活，并进一步通过阻断AKT抑制剂的表达到促进癌症代谢重编程。敲除TRIM21或PHLD3促进相互调控和细胞增殖。重要的是，PTEN缺失的人类癌细胞和体内小鼠模型对PPP治疗敏感，表明PPP在维持AKT激活中起着重要作用，即使在PI3K途径持续激活的情况下也是如此。这项研究表明，阻断这种相互调控机制可能对PTEN缺失或PI3K/AKT激活的癌症具有治疗益处[4]。

Trim21还与其他蛋白质相互作用，共同调节癌症的发展。例如，USP25通过Wnt/β-连环蛋白信号通路与TRIM21相互作用，促进肝细胞癌的进展。USP25在肝细胞癌组织和细胞系中高度表达。重要的是，组织中的USP25高表达与不良预后密切相关。USP25的敲低显着降低了HepG2和MHCC97H细胞的增殖、迁移和侵袭，而USP25的过表达导致了相反的效果。此外，还证明了USP25与TRIM21相互作用，调节与上皮-间质转化（EMT；E-钙粘蛋白、N-钙粘蛋白和Snail）和Wnt/β-连环蛋白途径（β-连环蛋白、腺瘤性息肉病结肠癌、Axin2和糖原合酶激酶3β）及其下游蛋白（C-myc和细胞周期蛋白D1）相关的蛋白质的表达。最后，通过构建USP25基因缺失的小鼠肝癌模型，在体内验证了USP25的作用。总之，这些数据表明，USP25在肝细胞癌中过表达。USP25通过与TRIM21相互作用激活β-连环蛋白信号通路，促进肝细胞癌细胞的增殖、迁移、侵袭和EMT[5]。

综上所述，Trim21是一种重要的细胞质泛素连接酶和抗体受体，在细胞内免疫、细胞代谢、氧化还原稳态和癌症发展中发挥着重要作用。Trim21通过调节氧化还原稳态、细胞焦亡、mutp53积累和细胞代谢，参与多种生物学过程。此外，Trim21还与其他蛋白质相互作用，共同调节癌症的发展。Trim21的研究有助于深入理解其在多种生物学过程中的作用机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。