Zic3-flox 基因敲除小鼠

基因ZIC3是一种C2H2锌指转录因子，在脊椎动物胚胎的早期模式形成中发挥重要作用。人类患者中，ZIC3基因的突变会导致一系列复杂的发育表型，包括内脏异位、先天性心脏病和腰椎骶尾部及肛门异常，包括神经管缺陷[3]。这些发现表明，ZIC3在发育过程中对于建立适当的左右轴和中线神经模式起着重要作用。

ZIC3基因的突变在X连锁内脏异位症中起着关键作用，这是一种影响内脏器官左右不对称的综合征[1]。ZIC3相关的内脏异位症是由于在左右轴形成的最早阶段出现缺陷所致[1]。尽管有数据支持节点和纤毛的异常是潜在的病因，但分子水平上ZIC3功能丧失为何导致这些缺陷尚不清楚[1]。ZIC3在多个发育信号通路中具有假定的作用，这些通路在建立左右轴方面具有独特的作用。这增加了对Zic3在早期发育和左右模式形成中的机制基础的理解的复杂性[1]。

研究表明，ZIC3基因的变异是罕见的，但在X连锁内脏异位症中具有深远的临床意义，尤其影响具有胸腔和内脏器官异常排列的男性患者。已有多篇报告表明，ZIC3基因的变异在家族性和散发性病例中都具有相关性，并且主要在锌指结构域中检测到突变。迄今为止，还没有研究评估ZIC3变异在体内模型生物中的功能后果。一项对348名患者进行了超过10年的研究，这些患者具有各种先天性心脏病，包括内脏异位症。研究发现，在具有内脏异位症的男性患者中，有1.7%的患者具有ZIC3基因的新型致病性变异，这些变异均位于锌指结构域或导致这些结构域之前的截断。截断变异显示出突变ZIC3蛋白的异常转运，而错义变异显示出正常的转运。在斑马鱼中过表达野生型和突变型ZIC蛋白表明，两种移码变异完全失去功能，而错义变异与野生型相比具有部分活性，这进一步突显了这些变异的致病性[2]。

ZIC3在脊椎动物发育中起着重要作用，包括神经管、轴向骨骼、左右身体轴的发育，以及维持ES细胞的多能性。研究发现，ZIC3基因表达在鸡和鼠胚胎的间充质组织中受到保守的非编码序列的调控。其中，一个间充质增强子（Zic3-ME）在远端3'侧翼区域显示出在鸡和鼠胚胎的间充质组织中增强报告基因表达的强大作用，并且对小鼠间充质组织中Zic3的表达至关重要。Zic3-ME最小核心区域包括在ES细胞、间充质和神经祖细胞中的DNase高敏感性区域，并被T（Brachyury）、Eomes、Lef1、Nanog、Oct4和Zic2结合。Zic3-ME来源于与编码线粒体酶的序列共享的祖先序列。这些结果表明，Zic3-ME是一个综合的顺式调控元件，对于在脊椎动物中正确表达Zic3至关重要，它作为包括Zic3在内的基因调控网络的一个枢纽[4]。

ZIC3蛋白可以与GLI3结合位点（GLIBS）结合，并与GLI3相互作用。在体内模型系统中，研究发现ZIC3突变对GLI3的结合和共激活功能有不同程度的影响。野生型ZIC3表现出与GLI3的特异结合，而缺乏一个或多个锌指结构域的无义和移码ZIC3突变体不与GLI3相互作用。然而，两个错义突变体c.1213A>G（p.K405E，第五个锌指结构域）和c.649C>G（p.P217A，保守的N端结构域）保留了与GLI3的结合。荧光素酶报告基因检测表明，p.P217A和p.K405E突变体也保留了与GLI3共激活报告基因表达活性的能力，而所有与GLI3非结合的ZIC3突变体都缺乏这种活性。有趣的是，携带p.P217A或p.K405E突变的病人没有观察到中枢神经系统和骨骼异常[5]。

ZIC3在左右轴形成中起着重要作用。研究发现，ZIC3在原始条纹和迁移的间充质中对于适当的左右轴模式形成和心脏发育是必需的。条件性敲除实验表明，ZIC3在节点形成、左右轴模式和心脏发育中起着关键作用。此外，研究还发现ZIC3缺失小鼠中存在异常的节点形成，这与从迁移的间充质中特异性删除ZIC3时观察到的节点发育不良相似。这些结果表明，ZIC3在节点超微结构中的需求可能与其在内脏异位症和左右不对称中的作用有关[6]。

综上所述，ZIC3是一种重要的转录因子，在脊椎动物发育的多个方面起着关键作用。ZIC3的突变会导致一系列复杂的发育表型，包括内脏异位、先天性心脏病和神经管缺陷。ZIC3在左右轴形成、心脏发育和维持ES细胞多能性中发挥着重要作用。ZIC3的功能丧失与多种疾病的发生和发展有关，包括动脉粥样硬化、糖尿病心肌病、结直肠癌和Wilms瘤。对ZIC3的研究有助于深入理解发育和疾病发生中的分子机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。