Stag1-flox 基因敲除小鼠

STAG1，也称为姐妹染色单体粘连蛋白1，是一种重要的染色质粘连蛋白复合物（cohesin）的亚基。染色质粘连蛋白复合物在染色体分离和基因转录调控中发挥着关键作用。STAG1与另一个亚基STAG2共同构成了cohesin复合物的SA/STAG亚单位。STAG1和STAG2在基因表达和染色质三维结构中发挥着重要的功能。

STAG1突变会导致一种新的染色质粘连蛋白病，表现为非特异性综合征智力障碍。在遗传学部门接受智力障碍评估的患者中，通过基因芯片比较基因组杂交（CGH）、基因面板、全外显子测序或全基因组测序，发现了17个STAG1突变个体，其中9名男性，8名女性，年龄在2至33岁之间。这些患者共同具有宽嘴和深陷眼睛等面部特征，其中4人患有轻度小头畸形，7人患有癫痫。这些发现强调了数据共享在罕见疾病领域的重要性[1]。

STAG1和STAG2在染色质可及性和HSC自我更新和分化中的功能有所不同。STAG2在造血干细胞和祖细胞（HSPCs）中的缺失会导致造血功能改变，自我更新增加，分化受损。尽管STAG2和STAG1结合的基因组位点相似，但STAG2结合位点的一部分在STAG1缺失的HSPCs中未被占据。STAG2的缺失导致染色质可及性降低，以及包括Ebf1和Pax5在内的谱系特异性基因的转录减少，从而导致HSPC对B细胞谱系的承诺减少[2]。

STAG1和STAG2在cohesin定位和基因表达中具有独特且重叠的作用。STAG1和STAG2在基因组中的定位相同，但并不共同存在于更高阶的复合物中。尽管它们的定位相同，STAG1和STAG2对基因表达具有独特和冗余的影响。同时缺失STAG1和STAG2会导致广泛的转录组失调，改变cohesin DNA占据，并减少细胞增殖。这些结果表明，至少需要一个STAG蛋白来维持正常的cohesin功能。STAG1和STAG2在cohesin定位和基因表达中具有独立的作用，以及在基因表达中的重叠和独特的作用[3]。

STAG1在肾细胞癌和其他实体瘤中上调。通过差异显示-聚合酶链反应，研究者发现了一个新的基因序列，称为实体瘤相关基因1（STAG1），在肾细胞癌（RCC）中上调。STAG1/PMEPA1 mRNA转录物主要在正常前列腺组织中表达，在卵巢中表达水平较低。STAG1/PMEPA1的表达在87%的RCC样本以及胃和直肠腺癌中上调。STAG1/PMEPA1 cDNA编码一个含有287个氨基酸的蛋白质，具有潜在的跨膜结构域，提示可能结合src同源3-和色氨酸色氨酸结构域蛋白。这个蛋白质与染色体18开放阅读框1基因编码的蛋白质有67%的同源性。STAG1/PMEPA1 mRNA在体外翻译产生了两种分别为36和39 kDa的产物，表明翻译可能从多个位点开始。与基因克隆的比较表明，STAG1/PMEPA1位于20q13染色体上，在微卫星标记D20S183和D20S173之间，包含四个外显子和三个内含子。STAG1/PMEPA1基因在多种实体瘤中的上调表明，它可能在肿瘤发生中发挥重要作用[4]。

STAG2突变会重塑cohesin结构的空间染色质结构，以驱动急性髓细胞白血病中的基因调控。Cohesin塑造了染色质结构，包括增强子-启动子相互作用。其组分，特别是STAG2，但不是其旁系同源基因STAG1，在髓系恶性肿瘤中频繁突变。为了阐明白血病发生的潜在机制，研究者全面表征了急性髓细胞白血病（AML）患者样本中的遗传学、转录学和染色质构象变化。特定的位点显示了cohesin占据、基因表达和局部染色质活性的改变，这些改变没有被剩余的STAG1-cohesin所补偿。这些变化可以与cohesin突变AML中的空间染色质环状结构的破坏联系起来。在人类造血祖细胞（HSPCs）中补充缺失STAG2或STAG1，揭示了与STAG2敲低后AML特异性变化相似的影响，而不是由STAG1缺失引起的。STAG2缺陷的HSPCs表现出分化能力受损，并维持HSPC样基因表达。这项工作确立了STAG2作为染色质接触、基因表达和造血系统分化的关键调节因子，并确定了可能与人类白血病发生相关的候选目标基因[5]。

STAG2缺失会重新连接致癌和发育程序，以促进尤文肉瘤的转移。STAG2是尤文肉瘤中频繁突变的cohesin复合物核心亚基，但其生物学作用尚不清楚。研究者表明，含有STAG2的cohesin复合物占据增强子和多梳抑制复合物（PRC2）标记的调节区域。STAG2的遗传抑制导致cohesin-STAG1复合物的补偿性增加，但不是增强子富集区域，并导致顺式染色质相互作用的重新编程。值得注意的是，在STAG2敲除细胞中，由融合转录因子EWS/FLI1驱动的致癌遗传程序受到高度干扰，部分原因是增强子-启动子接触的改变。此外，STAG2的缺失还破坏了PRC2介导的基因表达调控。综合这些转录变化，它们共同调节EWS/FLI1、迁移和神经发育程序。最后，与临床观察一致，功能研究揭示了STAG2缺失增强了尤文肉瘤异种移植物的转移潜力。这些发现表明，STAG2突变可以改变染色质结构和转录程序，以促进侵袭性癌症表型[6]。

STAG1与USP6融合基因在具有异常放射学特征的骨膜筋膜炎中的作用。骨膜筋膜炎是起源于骨膜的结节性筋膜炎的一个亚型。诊断可能具有挑战性，需要放射学-病理学相关性。分子分析的进展证实，结节性筋膜炎及其相关病变携带USP6基因重排，与几种潜在的伴侣基因之一相关。在这里，研究者报道了一例在乳腺 carcinoma 放射学调查中偶然发现的具有化生骨形成的骨膜筋膜炎病例。放射学检查发现右股骨远端干骺端有一个2.4厘米的异质性强化病变，疑似低级别骨膜软骨肉瘤。核心针活检的组织学检查发现，肿瘤由具有肌成纤维细胞和成骨细胞表型的普通梭形细胞组成，与未成熟的骨和软骨成分混合。分子分析揭示了一种新的STAG1::USP6融合，帮助得出正确的诊断，并进一步扩大了USP6相关肿瘤的分子特征[7]。

Cohesin STAG1和STAG2在3D基因组结构中的特化功能。Cohesin是一种在进化中保守的复合物，能够捕获DNA。最初，它因其在姐妹染色单体粘连中的作用而被发现，目前被认为是3D基因组组织的关键参与者。在脊椎动物中，两种旁系同源基因编码cohesin的SA/STAG亚单位STAG1和STAG2的两个版本。尽管许多cohesin研究在很大程度上忽视了两个变体复合物的存在，但STAG2在癌症中突变的高频率激起了人们解析STAG蛋白赋予cohesin独特特性的兴趣。在这篇综述中，研究者总结了我们对cohesin-STAG1和cohesin-STAG2功能特异性的理解进展，特别强调了它们对基因组组织和基因调控的贡献[8]。

健脾清热通络方通过调节STAG1/TP53/P21信号通路减轻骨关节炎中的衰老相关分泌表型。健脾清热通络方主要由复方制剂组成，也称为黄岑清热通络胶囊（HQC），具有健脾除湿、清热通络的作用。长期临床应用表明，HQC改善了骨关节炎患者的关节肿胀和疼痛。机制上，研究者证明HQC抑制了炎症反应、细胞外基质降解，并延缓了软骨细胞的衰老。为了确定HQC对骨关节炎（OA）的生物活性和作用机制，首先使用OA大鼠模型的组织病理学、免疫组织化学染色和蛋白质印迹评估了HQC的软骨保护作用。此外，使用网络药理学和基因表达综合数据库（GEO）数据集（GSE98918和GSE152805）确定了HQC在OA中的关键靶点。在体外条件下，用IL-1β处理的软骨细胞用于研究HQC对OA发展和衰老相关分泌表型（SASP）的影响。这通过一系列方法进行评估，例如流式细胞术分析、免疫荧光染色，并通过挽救实验进行验证。HQC治疗减轻了骨关节炎的严重程度（通过组织病理学、OARSI分级评分和Mankin评分显示），并降低了SASP因子（如IL-1β、IL-6、IL-4、IL-37、MMP13、ADAMTS5、COL2A1和ACAN水平，以及细胞凋亡）的表达。HQC可能通过四个重要靶点（STAG1、TP53、P21和P16）治疗骨关节炎，其中p53信号通路是主要的通路之一。HQC主要作用于软骨细胞簇。体外实验表明，STAG1过表达加速了软骨细胞凋亡，促进了SASP因子的表达和细胞外基质（ECM）的降解，并促进了OA的进展。HQC含血清抑制了STAG1/TP53/P21通路，调节了SASP因子，并恢复了ECM平衡。健脾清热通络方通过调节STAG1/TP53/P21信号传导轴，调节SASP因子，并减缓了OA患者的软骨衰老和降解。健脾清热通络方可能是骨关节炎的有效药物候选者[9]。

综上所述，STAG1在染色质粘连蛋白复合物中发挥着关键作用，参与调控染色质结构、基因表达和细胞功能。STAG1突变与智力障碍等神经发育障碍有关，而STAG1和STAG2在基因表达和染色质三维结构中具有独特且重叠的作用。此外，STAG1在实体瘤、尤文肉瘤和骨关节炎等疾病中发挥着重要作用。STAG1的研究有助于深入理解染色质粘连蛋白复合物的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。