Kdm6a-flox 基因敲除小鼠

Kdm6a，也称为UTX，是一种属于KDM6家族的组蛋白H3赖氨酸27（H3K27）去甲基化酶。KDM6家族还包括UTY和KDM6B（JMJD3）。Kdm6a蛋白包含六个四肽重复（TPR）域和一个催化H3K27二甲基和三甲基去除的酶学Jumonji C（JmjC）域。Kdm6a与组蛋白H3赖氨酸4单甲基转移酶MLL3（KMT2C）和MLL4（KMT2D）物理结合。自2007年作为H3K27去甲基化酶被识别以来，研究已报道Kdm6a在细胞分化、发育和癌症中的重要作用。Kdm6a对于胚胎干细胞的分化和各种组织的发育至关重要。Kdm6a的突变会导致Kabuki综合征。Kdm6a在癌症中频繁突变，并作为肿瘤抑制因子发挥作用。Kdm6a与UTY冗余，并且主要独立于其去甲基化酶活性发挥作用。它通过相关的转录因子和MLL3/4在增强子上调节基因表达。然而，Kdm6a的酶活性在特定细胞环境中是必需的。Kdm6a和KDM6B在H3K27去甲基化酶活性方面的功能冗余在体内尚未确定。对Kdm6a功能和作用机制的进一步理解将为增强子调节提供更多见解，并可能有助于开发治疗Kdm6a相关疾病的新型治疗策略[1]。

Kdm6a在膀胱癌（BCa）中经常发生突变。然而，Kdm6a在膀胱癌进展中的作用和详细的分子机制尚不清楚。研究表明，Kdm6a抑制了BCa细胞的迁移和侵袭性。机制上，Kdm6a通过去甲基化组蛋白H3赖氨酸二/三甲基化（H3K27me2/3）来促进ARHGDIB的转录，从而抑制Rac1。EZH2催化H3K27的甲基化，沉默ARHGDIB的表达，而EZH2抑制剂可以中和Kdm6a缺陷引起的转移效应。此外，研究表明，FOXA1直接结合到Kdm6a启动子上，从而激活Kdm6a，导致BCa的转移潜力降低。这些发现确立了FOXA1-Kdm6a-ARHGDIB轴在抑制BCa恶性中的关键作用，并将Kdm6a和EZH2确定为BCa管理中的潜在治疗靶点[2]。

糖尿病视网膜病变（DR）是全球导致严重视力障碍的主要原因之一。然而，由小胶质细胞/巨噬细胞驱动的适应性免疫炎症在DR中的作用尚不清楚。Kdm6a是一种组蛋白去甲基化酶，去除组蛋白H3K27的三甲基组，并在激活目标基因中发挥重要的生物学作用。研究表明，Kdm6a在糖尿病小鼠视网膜中的表达与正常组相比有所增加。小胶质细胞/巨噬细胞中Kdm6a的缺失改善了糖尿病引起的视网膜厚度减少、炎症和视力障碍。Kdm6a在小胶质细胞/巨噬细胞中以去甲基化酶活性依赖的方式调节Lcn2的表达，并通过Lcn2抑制光感受器细胞中的糖酵解进展。这些结果表明，小胶质细胞/巨噬细胞中的Kdm6a通过促进Lcn2的表达并损害光感受器细胞中的糖酵解进展来加重糖尿病视网膜病变[3]。

Kdm6a在胰腺导管腺癌（PDAC）中是一种频繁突变的肿瘤抑制基因。然而，Kdm6a缺失对PDAC肿瘤免疫微环境的影响尚不清楚。研究表明，Kdm6a缺失与肿瘤相关中性粒细胞和中性粒细胞细胞外陷阱（NET）形成的增加相关，这些被认为是促进PDAC进展的因素。全基因组溴尿嘧啶测序分析显示，Kdm6a缺失的PDAC细胞中许多趋化因子，特别是CXC趋化因子配体1（CXCL1）的表达上调。Kdm6a缺陷的PDAC细胞分泌更高水平的CXCL1蛋白，进而招募中性粒细胞。在一种同基因异位小鼠模型中，使用CXCL1中和抗体治疗阻止了Kdm6a缺陷PDAC细胞的趋化性和NET促进特性，并抑制了肿瘤生长，证实CXCL1是Kdm6a缺失驱动的趋化和PDAC生长的关键介质。这些发现揭示了Kdm6a如何调节肿瘤免疫微环境和PDAC进展，并表明CXCL1-CXCR2信号轴可能是Kdm6a缺失的PDAC的候选靶点。Kdm6a缺失在胰腺癌细胞中通过增加CXCL1的分泌和招募中性粒细胞来改变免疫微环境，为靶向CXCL1-CXCR2信号轴提供了理论依据[4]。

Kdm6a是一种编码组蛋白去甲基化酶的基因，由于逃避X染色体失活而表现出女性偏好的表达。其主要作用是通过去除抑制性H3K27me3标记来促进基因表达，并且有一些证据表明它具有一些额外的组蛋白去甲基化酶非依赖性功能。Kdm6a突变与先天性畸形如Kabuki综合征有关，以及与癌症中的性别差异有关。研究发现，在来自F1杂交小鼠的雄性和雌性胚胎干细胞（ES）中敲除Kdm6a导致广泛的基因失调，性别偏好的破坏和特定亲本等位基因效应。在失调的基因中，有一些候选基因可能解释了KDM6A突变在人类中导致Kabuki综合征的异常发育特征。令人惊讶的是，Kdm6a敲除导致性别偏好表达的降低，并且优先下调了许多基因的母系等位基因。大多数失调基因的启动子区域的H3K27me3富集和染色质可及性发生了相应的表观遗传变化，但在考虑等位基因变化时一致性较低。这项研究揭示了KDM6A在调节发育基因、维持性别偏好基因表达和亲本等位基因差异表达方面的新的性别相关作用[5]。

小细胞肺癌（SCLC）广泛存在于四种分子亚型中：ASCL1、NEUROD1、POU2F3和炎症型。最初，SCLC亚型被认为是相互排斥的，但最近的证据表明亚型之间存在肿瘤内亚型异质性和亚型之间的可塑性。研究表明，KDM6A失活导致ASCL1到NEUROD1的可塑性，导致SCLC肿瘤表达ASCL1和NEUROD1。机制上，KDM6A通常维持一个活跃的染色质状态，有利于ASCL1亚型，其缺失导致神经内分泌基因增强子上的H3K4me1减少和H3K27me3增加，导致细胞状态倾向于ASCL1到NEUROD1亚型转换。这项工作确定了KDM6A作为控制ASCL1到NEUROD1亚型可塑性的表观遗传调节因子，并提供了一个自发的SCLC遗传工程小鼠模型来模拟在35-40%的人类SCLCs中发现的ASCL1和NEUROD1亚型异质性和可塑性[6]。

Kabuki综合征（KS）是一种罕见的发育障碍，主要表现为发育迟缓、肌张力低下和明确的发育畸形：眼睛周围结构的延长，鼻子短而凹陷，上唇变薄，下唇变厚，耳朵大而突出，多毛症和脊柱侧凸。其他特征包括身体生长不良，心脏、胃肠道和肾脏异常，以及可变的行为问题，包括自闭症特征。KMT2D基因的新发或遗传性致病/可能致病的变异是KS最常见的原因，占患者的75%。KDM6A基因的变异导致高达5%的病例（X连锁显性遗传），而大约20%的病例的病因尚不清楚。目前，KS的诊断标准包括婴儿期肌张力低下、发育迟缓/智力障碍、典型的发育畸形以及在KMT2D或KDM6A中确认的致病/可能致病的变异。KS患者的护理包括控制儿童期的身体和心理运动发展、康复和多学科护理。这篇综述回顾了目前对KS的临床知识，提供了分子和科学的联系，并阐明了KS患者的治疗方法[7]。

Kdm6a的破坏是膀胱癌中最常见的体细胞替代之一。深入了解Kdm6a突变如何影响表观遗传景观以促进癌变可能有助于揭示潜在的新治疗方法。研究表明，Kdm6a的缺失触发了一种表观遗传开关，破坏了尿上皮分化，并导致了一种以细胞增殖增加为特征的肿瘤状态。在具有完整Kdm6a的膀胱癌细胞中，FOXA1与Kdm6a相互作用以激活指导尿上皮分化的基因。Kdm6a缺陷的细胞显示出FOXA1靶点结合的丧失和bZIP转录因子ATF3的全基因组重新分布，这反过来又抑制了FOXA1靶基因并激活了细胞周期进展基因。重要的是，ATF3的消耗逆转了由Kdm6a缺陷引起的细胞增殖表型。这些数据表明，Kdm6a缺失产生了一种表观遗传状态，以ATF3依赖性方式驱动肿瘤生长，创造了一个潜在的靶点分子脆弱性。由Kdm6a失活突变触发的破坏分化的获得性表观遗传开关可以作为新型疗法的潜在靶点[8]。

最近的研究对癌症基因组中发生的突变进行了区分，区分了驱动突变和乘客突变，后者是癌症发展的副产品。癌症基因组图谱（TCGA）项目确定了299个基因和24条途径/生物学过程，这些基因和途径/生物学过程驱动肿瘤进展（Cell 173: 371-385 e318, 2018）。在这299个驱动基因中，12个基因参与组蛋白、组蛋白甲基化和去甲基化。在这些基因中，编码组蛋白去甲基化酶JARID1C/KDM5C和UTX/KDM6A的基因被确定为癌症驱动基因。此外，编码代谢酶，如异柠檬酸脱氢酶（IDH）1/2的基因中的获得性功能突变通过产生一种称为D-2-羟基戊二酸（D-2HG）的致癌代谢物来驱动肿瘤进展，D-2HG是α-酮戊二酸的竞争性抑制剂，α-酮戊二酸是一种依赖于O2的二氧合酶，如Jumonji结构域包含的组蛋白去甲基化酶和DNA去甲基化酶。对致癌代谢物的研究表明，组蛋白去甲基化酶介导了染色质结构的代谢变化。作者回顾了关于癌症特异性代谢重编程和JARID1C/KDM5C和UTX/KDM6A的肿瘤抑制作用的最新发现。还讨论了其他同源物，如KDM5亚家族的JARID1A、1B、1D和KDM6亚家族的JMJD3/KDM6B的突变，这些同源物在肿瘤进展中起着相反的作用，作为致癌基因或肿瘤抑制因子，具体取决于癌症细胞类型。表格1列出了涉及表观遗传学的癌症驱动基因[9]。

急性髓细胞白血病（AML）是一种异质性、侵袭性的恶性肿瘤，预后不佳，并且可用的靶向治疗方法有限。表观遗传失调是AML发病机制的一个重要因素。KDM6蛋白是组蛋白-3-赖氨酸-27去甲基化酶，在AML中发挥上下文依赖性作用。研究表明，KDM6去甲基化酶功能在AML中严格调节DNA损伤修复（DDR）基因表达。机制上，KDM6表达受遗传毒性应激的调节，KDM6A（UTX）和KDM6B（JMJD3）的缺陷损害DDR转录激活并削弱修复潜力。获得性KDM6A失活突变与化疗耐药性有关，尽管很大一部分复发性AML中KDM6A上调。Olaparib治疗减少了KDM6A突变AML患者来源的异种移植瘤的植入，突出了使用多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制的合成致死性。重要的是，KDM6A表达与维奈克拉耐受性相关。KDM6A的缺失增加了线粒体活性、BCL2表达，并对维奈克拉敏感。此外，BCL2A1与维奈克拉耐药性相关，KDM6A缺失伴随着BCL2A1下调。证实这些结果，PARP和BCL2的双重靶向优于PARP或BCL2抑制剂单药治疗，以诱导AML细胞凋亡，携带KDM6A结构域突变的原发AML细胞对这种组合更加敏感。总的来说，这项研究说明了支持基于亚型异质性的新型联合治疗AML的机制依据，并确定了KDM6A作为决定治疗疗效的分子调节因子[10]。

综上所述，Kdm6a是一种重要的组蛋白去甲基化酶，在细胞分化、发育和癌症中发挥着关键作用。Kdm6a的突变与多种疾病相关，包括Kabuki综合征和癌症。Kdm6a的功能不仅限于去甲基化酶活性，还涉及基因表达调控和表观遗传景观的维持。对Kdm6a的研究有助于深入理解其生物学功能和在疾病发生中的作用机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。