Fcsk-flox 基因敲除小鼠

Fcsk（Fucosyltransferase, alpha (1-6)）基因编码的岩藻糖激酶是一种在糖基化过程中发挥重要作用的酶。Fcsk基因突变会导致先天性糖基化障碍（CDG），这是一种由糖基化修饰缺陷引起的单基因遗传病。FCSK基因编码的岩藻糖激酶可将L-岩藻糖转化为岩藻糖-1-磷酸，在岩藻糖基化修饰中发挥重要作用。岩藻糖基化是细胞内和细胞间识别、细胞间相互作用、受精和炎症过程的重要过程。Fcsk基因突变导致的CDG，遗传模式为常染色体隐性，患者主要特征为发育迟缓、肌张力减退和脑部异常[1]。

Liu等研究人员利用CRISPR/Cas9技术构建了首个fcsk基因敲除（fcsk -/-）斑马鱼模型。fcsk -/-斑马鱼生长发育迟缓，主要表现为胚胎外包运动延迟、DNA积累延迟以及成年期大脑萎缩。fcsk -/-斑马鱼幼鱼表现为运动能力受损和戊四唑诱导的癫痫易感性增加。fcsk -/-成年斑马鱼表现为神经发育障碍，包括焦虑增加、攻击性减少、社交偏好降低和记忆受损。此外，fcsk -/-斑马鱼的总蛋白岩藻糖化水平降低。POFUT2基因编码蛋白O-岩藻糖基转移酶2，参与岩藻糖化的补救途径。在fcsk -/-斑马鱼中pofut2的表达降低。fcsk -/-斑马鱼中脑-后脑边界（MHB）处的细胞凋亡增加。fcsk -/-斑马鱼的发育缺陷和总蛋白岩藻糖化水平可以通过补充GDP-L-岩藻糖或人类FCSK基因得到挽救。RNA测序分析发现fcsk -/-斑马鱼的发育及行为异常可能与糖基化、凋亡和神经退行性疾病相关的基因表达水平改变相关[1]。

Al Tuwaijri等研究人员报告了一例3岁患者的病例，该患者患有先天性糖基化障碍，表现为婴儿痉挛发作和正常发育。通过标准全外显子测序（WES）和Sanger测序，研究人员发现该患者FCSK基因存在罕见的双等位基因错义突变（c.3013G>C; p.Val1005Leu）。RT-qPCR结果显示，该患者的FCSK基因表达显著降低。Western blotting分析显示，与对照相比，该患者的FCSK蛋白表达减少。此外，3D蛋白建模提示该突变可能影响FCSK蛋白的整体功能。这项研究扩展了FCSK相关发育障碍的突变和表型谱[2]。

Hüllen等研究人员综述了目前已知与岩藻糖基化缺陷相关的先天性糖基化障碍（CDG）的25例患者的临床发现，并描述了5例新的患者，这些患者具有SLC35C1基因中的新变异。此外，他们还讨论了不同缺陷中岩藻糖疗法的效果[3]。

Fazelzadeh Haghighi等研究人员利用CRISPR/Cas9技术构建了FCSK-CDG细胞模型，并通过凝集素流式细胞术和实时PCR分析探索了该疾病的分子机制。与未编辑的细胞系相比，FCSK敲除细胞系中的细胞表面岩藻糖基化糖蛋白的量没有显著变化，这与之前对不同细胞类型的研究结果一致。这表明该疾病可能影响分泌性糖蛋白。通过分析NOTCH3基因表达作为O-岩藻糖基化的潜在靶标，发现FCSK敲除细胞系与未编辑的细胞系相比，NOTCH3基因表达显著降低，证明了岩藻糖激酶缺乏对EGF样重复O-岩藻糖基化的影响。这项研究扩展了对FCSK-CDG分子机制的认识，据我们所知，这是首次揭示因该疾病而改变表达水平的基因的研究[4]。

Chan等研究人员研究了肺炎链球菌假定的岩藻糖激酶基因（fcsK）的启动子，该启动子是新型岩藻糖利用操纵子的第一个基因。该启动子被岩藻糖诱导，并被葡萄糖或蔗糖抑制。当肺炎链球菌去甲酰酶（PDF）基因（def1，编码PDF）置于P(fcsK)的控制下时，观察到S.pneumoniae（P(fcsK)::def1）菌株的岩藻糖依赖性生长，证实了PDF在该生物体中的重要性。已知的PDF抑制剂actinonin的抗菌作用模式也得到了证实。内源性岩藻糖激酶启动子是一个受严格调节的、可滴定的启动子，将有助于目标验证和新型抗生素药物在肺炎链球菌中作用模式的确认[5]。

综上所述，Fcsk基因编码的岩藻糖激酶在糖基化过程中发挥重要作用，Fcsk基因突变会导致先天性糖基化障碍（CDG）。Fcsk基因敲除动物模型和细胞模型的构建为我们研究Fcsk基因突变导致CDG的分子机制和药物筛选提供了平台。Fcsk基因的研究有助于深入理解糖基化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[1][2][3][4][5]。