Lrrc10-flox 基因敲除小鼠

Lrrc10，即富含亮氨酸重复序列的蛋白10，是一种心脏特异性表达的基因，在心脏发育和功能中发挥着重要作用。Lrrc10编码的蛋白质在心脏细胞中具有动态的表达模式，从早期胚胎的预心脏区域到成人心脏都有表达，尤其在出生后表达水平显著升高，表明其在胚胎和成人心脏中都发挥着作用。在成人心脏细胞中，Lrrc10的表达呈现出明显的条纹状分布，与Z线、肌浆网（SR）和横管（T）的标记物共定位，电子显微镜观察发现Lrrc10位于二联体区域，即SR与沿Z线分布的T管相互作用的位置。这些发现揭示了Lrrc10在心脏细胞内的定位和潜在的功能[6]。

Lrrc10的表达受到转录因子Nkx2-5和GATA4的调控。Nkx2-5和GATA4是心脏发育中的关键转录因子，它们与Lrrc10启动子区域中的两个高度保守的心脏调控元件相互作用，从而激活Lrrc10的表达。这些心脏调控元件在心脏细胞中具有功能，但在成纤维细胞中没有。Nkx2-5和GATA4在心脏中内源性地占据了Lrrc10的近端和远端心脏调控元件。此外，Nkx2-5敲除小鼠的胚胎心脏中Lrrc10的表达显著降低，进一步证明了Nkx2-5和GATA4在Lrrc10表达调控中的重要性。近端心脏调控元件位于大约-200bp的位置，需要Nkx2-5和GATA4协同激活，而远端心脏调控元件位于大约-3kb的位置，需要SRF、Nkx2-5和GATA4协同激活。突变分析表明，近端心脏调控元件中存在一对相邻的Nkx2-5和GATA结合位点，对于诱导Lrrc10的表达是必需的。相比之下，远端调控元件中只有GATA位点具有功能。这些数据表明，转录因子Nkx2-5和GATA4协同调控Lrrc10在心脏中的特异性表达[1]。

Lrrc10基因的缺失会导致扩张型心肌病（DCM）。Lrrc10基因编码的蛋白质在胚胎和成人心脏细胞中特异性表达。为了确定Lrrc10在哺乳动物心脏生理中的关键作用，研究者们分析了Lrrc10基因缺失小鼠。结果显示，Lrrc10基因缺失小鼠在出生前表现出收缩功能障碍，并在出生后出现扩张型心肌病。重要的是，Lrrc10基因缺失小鼠在子宫内就有心脏功能降低的现象，这发生在成人心脏扩张之前。这些发现表明，Lrrc10是维持正常心脏功能所必需的。此外，Lrrc10基因编码的蛋白质与心脏中的α-辅肌动蛋白和α-肌动蛋白相互作用，并在体外与所有肌动蛋白同种型相互作用。Lrrc10基因缺失小鼠的胚胎心脏中，参与调节肌动蛋白细胞骨架的通路和转录本的表达显著上调，这表明肌动蛋白细胞骨架的失调是Lrrc10缺失的早期分子信号缺陷。相比之下，成年Lrrc10基因缺失小鼠的心脏中，氧化磷酸化和心脏肌肉收缩通路在扩张型心肌病进展过程中上调。此外，肥厚信号转导通路的分析表明，成年Lrrc10基因缺失小鼠的心脏中Akt和PKCε的活性形式增加。这些数据表明，Lrrc10对于维持正常的心脏功能至关重要，Lrrc10基因可能是扩张型心肌病的候选基因，Lrrc10基因缺失小鼠模型可以作为一种独特的研究儿童心肌病的方法[2]。

Lrrc10基因与夜间猝死综合征（SUNDS）有关。SUNDS是一种复杂的疾病，临床特征表明其与Brugada综合征（BrS）相似。为了研究Lrrc10基因在SUNDS和BrS中的变异频率和谱系，研究者们对113名散发SUNDS受害者（30.7±7.5岁）和10名BrS患者（38.7±10.3岁）的Lrrc10基因编码区进行了Sanger测序。随后，对携带Lrrc10错义变异的个体进行了80个已知与遗传性心律失常/心肌病相关的基因的靶向捕获下一代测序。结果显示，在一例SUNDS受害者中发现了一个预测为恶性的Lrrc10突变p.E129K，在80个心律失常/心肌病相关基因中没有发现致病性罕见变异。此外，还有证据表明，罕见变异p.P69L可能是一个SUNDS受害者和两个BrS家族成员的遗传原因。这是首次在中国SUNDS受害者和BrS患者中进行Lrrc10基因的遗传筛查。Lrrc10基因可能是一个新的SUNDS易感基因，Lrrc10基因的变异与BrS相关心律失常有关[3]。

Lrrc10基因的突变与特发性扩张型心肌病（DCM）有关。DCM是最常见的原发性心肌病，也是慢性充血性心力衰竭和年轻成人心脏移植的最常见原因。越来越多的证据表明，遗传缺陷参与了特发性DCM的发病机制。最近的研究表明，LRRC10基因的遗传缺陷使动物易患DCM。然而，LRRC10基因与人类DCM的相关性尚未见报道。在当前研究中，对220名特发性DCM患者的LRRC10基因的全编码区和相邻剪接位点进行了测序。对携带鉴定出突变的先证者家属和200名无关的种族匹配健康个体进行了LRRC10基因的基因分型。对LRRC10基因突变的表型效应进行了计算机模拟分析。结果显示，在两个DCM家族中分别发现了两个新的LRRC10基因杂合突变，p.L41V和p.L163I，突变发生率为~0.91%。家系分析显示，在每一个家族中，DCM与突变共分离，并作为常染色体显性性状遗传，具有完全的外显率。错义突变在400个对照染色体中不存在，并且变异的氨基酸在各个物种中完全保守。计算机模拟的功能分析表明，LRRC10基因的突变是致病性的。这项研究首次报道了LRRC10基因突变与人类DCM易感性的关联，为DCM的分子机制提供了新的见解，并为DCM的预防和治疗策略的发展做出了贡献[4]。

Lrrc10基因在小鼠发育中不是必需的。尽管Lrrc10基因在蛋白质序列、心脏特异性表达和顺式调控元件方面具有高度保守性，这表明LRRC10在心脏发育中具有重要作用，但是Lrrc10基因缺失小鼠却正常发育，没有明显的表型[5]。

Lrrc10基因在墨西哥洞穴鱼的心脏再生中起着重要作用。尽管墨西哥洞穴鱼的表型鱼在受伤后能够再生心脏，但它们的洞穴鱼同伴却不能，而是形成永久性的纤维化疤痕，这与人类心脏相似。心肌增殖在洞穴鱼和表型鱼受伤后1周达到相似的水平。然而，在洞穴鱼中，这种高峰与强烈的疤痕形成和免疫反应相吻合，最终洞穴鱼的心肌细胞无法替代疤痕。研究者们发现，与洞穴鱼相比，受伤后表型鱼中lrrc10的表达上调。与洞穴鱼类似，斑马鱼中lrrc10基因的敲除会损害心脏再生，而不会影响伤口心肌细胞的增殖。此外，通过数量性状位点（QTL）分析，研究者们将心脏再生的程度与基因组中的三个位点联系起来，并确定了导致疤痕形成和再生的差异的根本基因。这项研究为心脏再生的成功提供了证据，即心肌细胞增殖和疤痕形成之间存在微妙的相互作用[7]。

Lrrc10基因编码的蛋白质可以作为L型钙通道（CaV1.2/1.3）的基因编码增强器，提高CaV1.2/1.3通道的功能。L型Ca2+通道（CaV1.2/1.3）负责钙离子的流入，协调一系列生物学反应，包括肌肉收缩、神经元功能和基因转录。CaV1功能缺陷在心脏和神经发育障碍中起着重要作用。研究者们开发了一种基因编码的CaV1.2/1.3通道增强器（GeeCL），以操纵不同生理条件下的钙离子流入。通过将一个最小效应结构域从内源性CaV调节剂——富含亮氨酸重复序列的蛋白10（Lrrc10）附着到一个靶向CaV复合物的纳米抗体上，实现了GeeCL的功能化。在心肌细胞中，GeeCL选择性地增加了L型电流的幅度。在体外和体内的神经元中，GeeCL增强了兴奋-转录（E-T）偶联。总的来说，GeeCL代表了一种增强CaV1.2/1.3功能的有力策略，为揭示神经和心脏生理和疾病提供了基础[8]。

Lrrc10基因在斑马鱼早期心脏发育和功能中是必需的。为了阐明Lrrc10因子的发育作用，研究者们使用斑马鱼作为动物模型进行了研究。使用morpholinos敲低斑马鱼胚胎中的Lrrc10导致严重的心脏形态发生缺陷，包括伴随大量心包积液的心脏环化失败，并在受精后第6天和第7天之间导致胚胎死亡。Lrrc10 morphants表现出心脏功能缺陷，表现为射血分数和心脏输出减少。对心脏缺陷的潜在机制的进一步研究显示，morphants中心肌细胞数量减少。morphants中两个心脏基因的表达失调，包括心房利钠因子（atrial natriuretic factor）的增加，这是心脏肥大和衰竭的标志，以及斑马鱼心脏收缩中必需的肌球蛋白轻链2（cardiac myosin light chain 2）的减少。此外，与对照相比，在活斑马鱼胚胎中观察到的morphant心脏的NADH荧光强度降低。这些结果表明，Lrrc10对于斑马鱼胚胎的正常心脏发育和心脏功能是必需的，这将增强我们对先天性心脏病和心脏病学的理解[9]。

综上所述，Lrrc10基因在心脏发育和功能中发挥着重要作用，其表达受到转录因子Nkx2-5和GATA4的调控。Lrrc10基因的缺失会导致扩张型心肌病，表明其在维持心脏功能中的重要性。此外，Lrrc10基因与夜间猝死综合征（SUNDS）和Brugada综合征（BrS）有关，可能是这些疾病的易感基因。Lrrc10基因的突变与特发性扩张型心肌病（DCM）有关，为DCM的分子机制提供了新的见解。尽管Lrrc10基因在小鼠发育中不是必需的，但它可能在洞穴鱼心脏再生中起着重要作用。Lrrc10基因编码的蛋白质可以作为L型钙通道的基因编码增强器，提高CaV1.2/1.3通道的功能。Lrrc10基因在斑马鱼早期心脏发育和功能中是必需的，这表明其在心脏发育中的重要作用。这些研究为Lrrc10基因的功能和机制提供了重要的见解，并为心脏疾病的预防和治疗提供了新的思路和策略。