Setd4-flox 基因敲除小鼠

Setd4，也称为SET domain-containing protein 4，是一种重要的组蛋白甲基转移酶。组蛋白甲基化是一种普遍存在于真核生物细胞中的表观遗传修饰，参与调控基因表达和生物学过程。Setd4催化组蛋白H4赖氨酸20位点的三甲基化（H4K20me3），这种修饰与异染色质形成和基因沉默相关，影响细胞分化和发育过程。

Setd4在多种生物学过程中发挥重要作用，包括细胞分化、发育、代谢和疾病发生。在骨髓间充质干细胞（BMSCs）中，Setd4的敲除显著促进了BMSCs的增殖，但损害了BMSCs的迁移和分化潜能，包括心肌细胞和平滑肌细胞谱系，甚至通过旁分泌VEGF影响了血管生成。此外，Setd4的敲除还导致BMSCs的整体基因组甲基化水平降低了0.47%，并影响了96,331个差异甲基化的CpG位点和8,692个差异甲基化区域（DMRs），其中部分位于启动子区域。生物信息学分析表明，差异CpG岛和DMRs在启动子区域影响了270个GO功能和34个KEGG信号通路，其中一些与干细胞生物学密切相关。机制上，Setd4的敲除抑制了组蛋白赖氨酸的单甲基化和二甲基化，并导致与干细胞生物学相关的因子（如Nkx2.5、Gata4、Gli2、Grem2、E2f7、Map7、Nr2f2和Shox2）发生显著变化。这些结果表明，尽管Setd4在BMSCs中改变了基因组的整体甲基化程度有限，但它仍然影响了多种细胞功能和信号通路，暗示Setd4改变的基因组甲基化在BMSCs的生物功能中发挥着关键的分子作用[1]。

在造血系统中，Setd4的缺失促进了辐射诱导的造血失败的恢复。在成年小鼠中，Setd4的缺失改善了全身照射诱导的BM失败的存活率，这与长期和短期造血干细胞（HSCs）以及早期祖细胞的恢复有关。BM移植分析显示，这种恢复的改善并不是由于Setd4缺乏的HSCs对辐射的抵抗力，而是因为Setd4缺乏的HSCs实际上对辐射更敏感。然而，Setd4缺乏的小鼠是同种异体HSC移植的更好受体。此外，Setd4缺乏的小鼠中脾脏红细胞生成增强。这些发现不仅揭示了Setd4在造血调节中的先前未认识到的独特作用，而且还强调了BM微环境在恢复造血失败中的关键作用。本研究还表明Setd4是治疗抑制的潜在靶点，可以改善异体移植前BM微环境的条件[2]。

Setd4的缺失还延迟了辐射诱导的胸腺淋巴瘤的发生。在成年小鼠中，条件性Setd4缺失显著延长了辐射诱导的T淋巴瘤的存活率。然而，在Tp53缺陷小鼠中，Setd4的缺失并没有延迟辐射诱导的淋巴瘤发生，尽管它在非照射小鼠中加速了自发性T淋巴瘤的发生。基于T细胞抗原β受体测序分析，T淋巴瘤在Setd4flox/flox和Setd4Δ/Δ小鼠中大多是克隆性的。然而，Setd4Δ/Δ T淋巴瘤是CD4+/CD8+双阳性，而同窝Setd4flox/flox肿瘤大多是CD8+单阳性。对染色体缺失、倒位、复制和易位的全基因组测序分析显示，与Setd4flox/flox肿瘤相比，Setd4Δ/Δ肿瘤中的倒位贡献更大，而缺失的贡献更少。此外，Setd4flox/flox小鼠由于较大的原发性胸腺淋巴瘤而更早死亡，但在较晚时间，Setd4Δ/Δ小鼠中周围器官的淋巴瘤扩散略有增加。这些结果表明Setd4在调节淋巴瘤发生中起着关键作用，可能是靶向抑制辐射诱导的致癌作用的靶点[3]。

在非小细胞肺癌（NSCLC）患者中，Setd4的表达显著高于化疗敏感组。Setd4表达较高的患者无进展生存（PFS）时间较短。Setd4通过H4K20me3促进异染色质形成，从而导致细胞静止。RNA-seq分析显示，与qLCSCs相比，激活的qLCSCs（A-qLCSCs）中细胞增殖、葡萄糖代谢和PI3K-AKT信号通路相关基因的表达上调。此外，Setd4的过表达促进了PTEN介导的PI3K-mTOR通路的抑制。总之，Setd4通过调节CSCs在NSCLC患者中赋予了化疗耐药性、肿瘤进展和不良预后[4]。

Setd4在细胞静止的调节中起着重要作用。例如，在卤虫中，Ar-SETD4在静止状态的胚胎中表达丰富，并且与异染色质形成和细胞周期停滞有关。敲低Ar-SETD4降低了H4K20me3的水平，并阻止了静止胚胎的形成，在这些胚胎中，细胞周期和胚胎发生都停止了。Ar-SETD4在H4K20me3上的催化活性通过体外组蛋白甲基转移酶（HMT）测定和细胞系中的过表达得到证实。这项研究为了解Setd4的功能和细胞静止调节的机制提供了见解[5]。

Setd4还与一些长非编码RNA（lncRNA）的相互作用有关，这些lncRNA可以调节Setd4的表达和功能。例如，lncRNA CBR3-AS1可以与Setd4相互作用，并稳定Setd4 mRNA，从而促进Gestational choriocarcinoma（GC）细胞的恶性增殖。此外，CBR3-AS1还可以与RNA结合蛋白（RBP）PTBP1相互作用，从而稳定SETD4 mRNA。这些结果表明，lncRNA与Setd4的相互作用可能影响细胞功能和疾病发生[6]。

Setd4在肿瘤微环境中也发挥着重要作用。研究表明，Setd4的表达异常存在于多种癌症类型中，并且Setd4的表达可能是一个预后风险因素，预示着不良的总生存期和进展无病生存期。Setd4的表达受到启动子甲基化的调节，而甲基化水平较低的患者存活时间较短。通路分析显示，Setd4影响了几个关键的细胞周期通路，包括G2M检查点和有丝分裂纺锤体通路。此外，Setd4在大多数癌症中负向影响免疫细胞浸润，包括B细胞、CD8 T细胞和巨噬细胞。Setd4与癌症干细胞特性和同源重组缺陷的相关性在不同肿瘤类型中有所不同，这表明Setd4可能在肿瘤耐药中发挥多方面的作用。本研究表明Setd4是多种癌症中的免疫-肿瘤分子，具有作为诊断、预后和靶向治疗标志物的潜力[7]。

此外，Setd4与Down综合征（DS）的发生发展也有关。DS是由21号染色体三体引起的最常见的染色体异常，与发育性认知障碍相关。研究表明，Setd4/Cbr1-Fam3b/Mx2区域是DS表型的一个重要区域，该区域中的基因相互作用和功能可能与DS的发病机制有关[8]。

综上所述，Setd4是一种重要的组蛋白甲基转移酶，参与调控基因表达和生物学过程。Setd4在多种生物学过程中发挥重要作用，包括细胞分化、发育、代谢和疾病发生。Setd4的缺失或异常表达与多种疾病相关，包括干细胞功能障碍、造血系统疾病、癌症和DS。此外，Setd4还与一些lncRNA的相互作用有关，这些lncRNA可以调节Setd4的表达和功能。Setd4的研究有助于深入理解表观遗传修饰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。