Slc41a2-flox 基因敲除小鼠

SLC41A2，也称为溶质载体家族41成员2，是一种重要的镁离子（Mg2+）转运蛋白。Mg2+在细胞功能中发挥着关键作用，包括蛋白质合成、DNA稳定性、能量代谢、酶和通道活性以及肌肉收缩性。因此，细胞内Mg2+浓度受到多种Mg2+转运蛋白和通道的严格调控。SLC41家族与细菌Mg2+转运蛋白/通道MgtE相关，包括SLC41A1、SLC41A2和SLC41A3三个亚型。SLC41A1被认为是介导Mg2+内流或Na+依赖的Mg2+外流的转运蛋白，而SLC41A2和SLC41A3可能介导Mg2+在质膜或细胞器膜上的流动。有趣的是，SLC41A1的变异体在帕金森病（PD）和肾单位相关睫状体疾病患者中被发现。进一步的遗传分析揭示了SLC41A1多态性与PD风险的关联[1]。

SLC41A2编码一种质膜Mg2+转运蛋白。TRPM7（瞬时受体电位melastatin 7）离子通道被认为与将Mg2+摄取到脊椎动物细胞中有关，因为通过基因靶向消除DT40 B淋巴细胞中的TRPM7表达使它们在没有补充Mg2+的情况下无法生长。然而，TRPM7缺陷细胞在补充Mg2+时仍然具有积累Mg2+和增殖的残余能力，这表明除了TRPM7之外，还可能存在Mg2+摄取机制。对SLC41家族成员的表达进行评估，这些成员与原核生物中假定的双价阳离子转运蛋白MgtE类具有同源性，结果显示SLC41A2（溶质载体家族41成员2）在野生型和TRPM7缺陷的DT40细胞中均有表达。异源表达SLC41A2蛋白的表征表明，它是一种质膜蛋白，具有N端外侧/C端内侧11个跨膜（TM）结构域拓扑结构，这与它作为跨质膜转运蛋白的功能一致。与之前报道的SLC41A2表达与卵母细胞中离子通道活性相关的报道相反，对SLC41A2表达DT40细胞的全细胞电流的调查没有发现与SLC41A2表达相关的任何类型的新电流。然而，在TRPM7缺陷细胞中，在四环素诱导的启动子控制下表达SLC41A2能够条件性地增强它们对26Mg2+的净摄取，并且条件性地和剂量依赖性地赋予它们在没有补充Mg2+的情况下生长的能力，这些观察结果强烈支持了一个模型，即SLC41A2直接介导跨质膜Mg2+转运。总的来说，我们的结果表明SLC41A2在脊椎动物细胞中作为一种质膜Mg2+转运蛋白发挥作用[2]。

镁离子（Mg2+），一种天然的Ca2+拮抗剂和多种酶的辅因子，对于调节多种细胞功能至关重要，但其在肺动脉高压（PH）中的作用尚不清楚。在这里，我们研究了Mg2+及其转运蛋白在PH发展中的作用。慢性缺氧和单侧素诱导成年雄性大鼠发生显著的PH。这与PASMCs中[Mg2+]i的降低、Cnnm2、Hip14、Hip14l、Magt1、Mmgt1、Mrs2、Nipa1、Nipa2、Slc41a1、Slc41a2和Trpm7基因表达的显著增加、SLC41A1、SLC41A2、CNNM2和TRPM7蛋白的上调以及SLC41A3 mRNA和蛋白的下调相关。Mg2+补充剂减轻了肺动脉压力、右心肥大和肺动脉中膜增厚，并逆转了Mg2+转运蛋白表达的变化。PASMCs与高浓度的Mg2+孵育显著抑制了PASMCs的增殖和迁移，并增加了凋亡，而低水平的Mg2+产生了相反的效果。针对Slc41a1/2、Cnnm2和Trpm7的siRNA降低了PASMCs的增殖和迁移，但促进了凋亡；而Slc41a3过表达也产生了类似的效果。此外，针对Slc41a1的siRNA或高[Mg2+]孵育抑制了PASMCs中缺氧诱导的NFATc3的上调和核转位。这些结果首次提供了支持性证据，表明Mg2+转运蛋白通过调节PASMCs的增殖、迁移和凋亡参与PH的发展；Mg2+补充剂通过调节涉及NFATc3信号通路的Mg2+转运蛋白来减轻PH[3]。

我们最近证明，人类溶质载体SLC41A1是一种由细胞外镁离子调节的Mg2+转运蛋白。BLAST搜索发现了一个由SLC41A2编码的紧密相关蛋白，该蛋白可能具有相关的功能特性。为了确定SLC41A2的功能，将相应的cRNA表达在非洲爪蟾卵母细胞中，并在电压钳条件下测定Mg2+电流。此外，还进行了实时RT-PCR，以确定SLC41A2表达是否受镁离子的调节。当在卵母细胞中表达时，SLC41A2介导电压依赖性和可饱和的Mg2+摄取，其Michaelis常数为0.34±0.05 mM。表达的SLC41A2转运一系列其他二价阳离子：Ba2+、Ni2+、Co2+、Fe2+或Mn2+，但不转运Ca2+、Zn2+或Cu2+。Mg2+转运被高浓度的Ca2+抑制。从低镁介质中培养的肾远端小管上皮（MDCT）细胞中分离的RNA的实时逆转录聚合酶链反应，与正常介质相比，以及与在低镁饮食中维持的小鼠的肾脏皮质相比，与食用正常饮食的动物相比，表明SLC41A2转录本与SLC41A1 mRNA不同，不受镁离子的调节。这些研究表明SLC41A2是一种Mg2+转运蛋白，可能参与上皮细胞中的镁离子稳态[4]。

trans-3,4,5,4'-四甲氧基芪（DMU-212），一种白藜芦醇的衍生物，对许多癌细胞表现出强大的抗增殖活性。在我们的先前研究中，我们证明DMU-212对血管内皮细胞（VECs）具有强大的促凋亡和抗血管生成作用，使其成为治疗血管生成相关疾病的很有前途的药物。我们研究了DMU-212处理的VECs的基因表达谱，以进一步了解DMU-212发挥其强大的促凋亡和抗血管生成作用的机制。使用Affymetrix HG-U133 Plus 1.0阵列，通过分析用DMU-212孵育的VECs的基因表达谱，确定了潜在的基因表达变化。此外，通过定量实时PCR（qRT-PCR）分析验证了七个这些改变基因的基因表达谱。发现DMU-212调节了多种基因，包括细胞因子（IL8、选择素E、MPZL2、EGR1、CCL20、ITGB8、CXCL1、VCAM1、KITLG和AREG）、转运蛋白（TRPC4、SLC41A2、SLC17A5和CREB5）、代谢（CYP1B1、CYP1A1、PDK4、CSNK1G1、MVK、TCEB3C和CDKN3）、酶（RAB23、SPHK1、CHSY3、PLAU、PLA2G4C和MMP10）、以及信号转导相关基因（TMEM217、DUSP8和SPRY4）、染色体组织（HIST1H2BH和GEM）、细胞迁移和血管生成（ERRFI1、HBEGF和NEDD9）、凋亡（TNFSF15、TNFRSF9、CD274、BCL2L11、BIRC3、TNFAIP3和TIFA），以及具有未知功能的其他基因（PGM5P2、SNORD1142、LOC151760、KRTAP5-2、C1orf110、SNORA14A、MIR31、C2CD4B、SCARNA4、C2orf66、SC4MOL、LOC644714和LOC283392）。这是首次应用微阵列技术来调查和分析DMU-212在VECs中调节的基因的谱。我们的研究结果加深了对参与DMU-212诱导的凋亡和抗血管生成的信号通路的了解[5]。

全基因组研究确定了溶质载体转运蛋白在细胞对紫杉醇敏感性中的作用。紫杉醇的临床应用受到反应多变和潜在毒性显著的限制。迄今为止，关于候选基因中变异与紫杉醇效应之间关联的研究结果存在争议。我们的目标是评估全局基因表达与紫杉醇敏感性之间的关系。我们利用国际HapMap项目来源的经过良好基因分型的淋巴母细胞系来评估细胞对紫杉醇的敏感性与其全局基因表达之间的关系。细胞暴露于不同浓度的紫杉醇以评估紫杉醇诱导的细胞毒性和凋亡。在所有与紫杉醇诱导的细胞毒性相关的基因中，我们确定了与紫杉醇敏感性相关的溶质载体（SLC）基因，并将这些基因缩小到那些具有与SLC基因表达水平和紫杉醇敏感性相关的单核苷酸多态性的基因。我们在一组独立的细胞系中进行了独立验证，并使用RNA干扰进行了功能研究。在所有与紫杉醇诱导的细胞毒性相关的基因中，有1713个基因的P值小于0.05，SLC基因（31个基因）在其中显著富集。SLC基因的一个子集，即SLC31A2、SLC43A1、SLC35A5和SLC41A2，与紫杉醇敏感性相关，并且具有调节单核苷酸多态性，这些多态性也与紫杉醇诱导的细胞毒性相关。多元建模表明，这四个SLC基因一起解释了20%观察到的紫杉醇敏感性差异。使用RNA干扰，我们证明了在敲低三个SLC基因SLC31A2、SLC35A5和SLC41A2的情况下，紫杉醇敏感性增加。我们的发现新颖，为进一步支持转运蛋白，特别是溶质载体，在介导细胞对紫杉醇敏感性中的作用提供了更多支持[6]。

TRPM7（瞬时受体电位melastatin 7）是一种具有自身激酶结构域的Ca2+和Mg2+通透性离子通道。作为一种激酶，该蛋白已被证明与控制肌动球蛋白收缩性有关，而通道已被发现调节细胞粘附以及细胞内Mg2+稳态。在目前的研究中，我们发现通过RNA干扰降低TRPM7表达会改变成纤维细胞的形态、细胞骨架以及细胞形成片状伪足和执行极化细胞运动的能力。拉下纯化测定显示，当刺激细胞迁移到细胞伤口时，敲低TRPM7会阻止细胞激活Rac和Cdc42（细胞分裂周期42）。重新表达TRPM7逆转了这些表型变化，意外的是，表达激酶失活的TRPM7突变体也能逆转这些变化。令人惊讶的是，Mg2+转运蛋白SLC41A2（溶质载体家族41成员2）的表达也能有效地恢复由通道激酶耗竭引起的细胞形态改变、细胞骨架破坏和定向细胞运动。目前的研究结果揭示Mg2+在控制TRPM7对细胞骨架及其调节极化细胞运动的能力方面的基本作用[7]。

以往的研究发现血清镁离子与糖尿病的发生有关；然而，这种关联可能是由于反向因果关系，即糖尿病可能导致尿镁丢失。相反，在糖尿病前期（定义为空腹血糖受损），血清葡萄糖水平低于尿镁丢失的阈值，因此不太可能影响血清镁离子水平。因此，为了研究血清镁离子水平与糖尿病之间的关联的方向性，我们研究了它与糖尿病前期的关联。我们还研究了镁调节基因是否通过血清镁离子水平影响糖尿病风险。此外，我们量化了胰岛素抵抗在血清镁离子水平与糖尿病风险关联中的作用。在基于人群的鹿特丹研究中，我们使用Cox模型，调整了年龄、性别、生活方式因素、合并症、肾功能、血清电解质水平和利尿剂使用，来研究血清镁离子与糖尿病前期/糖尿病之间的关联。此外，我们进行了两项中介分析：（1）研究在8个镁调节基因中常见的遗传变异是否通过血清镁离子水平影响糖尿病风险；（2）量化血清镁离子水平对糖尿病的影响中有多少是通过胰岛素抵抗介导的（由HOMA-IR量化）。共纳入8555名参与者（平均年龄，64.7岁；中位随访，5.7年），基线时血糖水平正常（平均±SD：5.46±0.580.58 mmol/l）。血清镁离子水平每降低0.1 mmol/l与糖尿病风险增加相关（HR 1.18 [95% CI 1.04, 1.33]），证实了以往研究的结果。有趣的是，血清镁离子水平与糖尿病前期风险的关联相似（HR 1.12 [95% CI 1.01, 1.25]）。CLDN19、CNNM2、FXYD2、SLC41A2和TRPM6的基因变异显著影响糖尿病风险（p<0.05），对于CNNM2、FXYD2、SLC41A2和TRPM6，这种风险完全是通过血清镁离子水平介导的。我们发现血清镁离子水平对糖尿病的影响中有29.1%是通过胰岛素抵抗介导的，而对于糖尿病前期，有13.4%是通过胰岛素抵抗介导的。低血清镁离子水平与糖尿病前期风险增加相关，这种增加的风险与糖尿病的风险相似。此外，镁调节基因的常见变异通过血清镁离子水平修饰糖尿病风险。这两个发现支持镁在糖尿病发展中具有潜在因果作用的假设，其中假设的途径部分是通过胰岛素抵抗介导的[8]。

乙型肝炎病毒（HBV）感染已被证明与超过50%的肝细胞癌（HCC）病例相关。microRNAs（miRNAs）在病毒致病性、宿主生存和临床结果之间的复杂相互作用中起着横切机制作用。目前的研究旨在确定与HBV感染相关的肝相关病理学导致HCC的人类miRNAs。在多种组织类型中，我们收集了573个在HBV相关肝脏病理学、HBV感染、纤维化、肝硬化、急性加慢性肝衰竭和HCC中差异表达的miRNAs。重要的是，43个差异表达的人类miRNAs（hDEmiRs）在HBV阳性患者的血清/血浆和肝脏组织中得到调节。然而，只有两个hDEmiRs，hsa-miR-21-5p和hsa-miR-143-3p，在所有疾病条件下得到调节。为了筛选出在HBV诱导的HCC发病机制中起功能的miRNAs，使用包含HCC中差异调节mRNA列表的8个GEO数据集和TCGA数据库进行了反向生物信息学分析。使用这些数据与已确定hDEmiRs的目标的比较研究，发现一组单向调节的hDEmiRs，具有调节HCC中mRNA的潜力。此外，我们的研究确定了五个miRNAs；hsa-miR-98-5p、hsa-miR-193b-3p、hsa-miR-142-5p、hsa-miR-522-5p和hsa-miR-370-3p分别靶向PIGC、KNTC1、CSTF2、SLC41A2和RAB17，在HCC中。这些hDEmiRs及其目标可能在HBV感染和随后肝脏病理学调节HCC临床进展中发挥关键作用。HBV感染是HCC的最大贡献者，目前的研究包含了与HBV相关病理学相关的hDEmiRs的第一份此类综合目录[9]。

综上所述，SLC41A2是一种重要的质膜Mg2+转运蛋白，参与调节细胞内Mg2+浓度。SLC41A2在多种疾病中发挥重要作用，包括肺动脉高压、糖尿病前期、胰岛素抵抗和肝细胞癌。SLC41A2的研究有助于深入理解Mg2+转运蛋白在维持细胞内Mg2+稳态和参与疾病发生机制中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。