Ppp1r3c-flox 基因敲除小鼠

Ppp1r3c，也称为蛋白磷酸酶1调节亚基3C，是一种重要的蛋白质，在细胞内信号传导和代谢调控中发挥着关键作用。蛋白磷酸酶1（PP1）是一种广泛存在的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶，参与多种生物学过程，包括细胞周期调控、能量代谢、信号转导和神经可塑性。Ppp1r3c作为PP1的一个调节亚基，通过与PP1结合，调节其活性，从而影响下游靶蛋白的磷酸化状态，进而影响细胞功能和生物学过程。

在能量代谢方面，Ppp1r3c通过调节糖原代谢，将葡萄糖稳态与产热联系起来。研究发现，慢性β-肾上腺素能激活导致表达解偶联蛋白1（UCP1）的脂肪细胞中糖原积累增加。脂肪细胞特异性缺失一个支架蛋白PTG，降低了表达UCP1的米色脂肪细胞中的糖原水平，减弱了UCP1的表达和对寒冷或β-肾上腺素受体刺激的减肥反应。此外，糖原合成和降解在儿茶酚胺的作用下增加，并且糖原周转对于产生活性氧（ROS）至关重要，活性氧可以激活p38 MAPK，从而驱动UCP1的表达[1]。因此，糖原在脂肪细胞中起着关键的调节作用，将葡萄糖代谢与产热联系起来。

在肝糖原生成方面，Ppp1r3c通过介导二甲双胍抑制肝糖原生成。二甲双胍是一种常用的药物，用于治疗2型糖尿病，主要通过抑制肝糖原生成来降低血糖。研究发现，二甲双胍和腺病毒介导的AMPK激活抑制了8-Br-cAMP刺激的小鼠原代肝细胞中Ppp1r3c mRNA的表达。在原代小鼠肝细胞或野生型小鼠的肝脏中过表达PPP1R3C促进了肝糖原生成和糖原生成基因的表达。相反，腺病毒介导的小鼠原代肝细胞中PPP1R3C的敲低降低了肝糖原生成，抑制了cAMP刺激的糖原生成基因表达和TORC2的去磷酸化。值得注意的是，Ppp1r3c在db/db小鼠的肝脏中的表达增加。在野生型和db/db小鼠的肝脏中敲低PPP1R3C后，血糖水平和肝糖原生成明显降低，关键糖原生成酶和转录因子的表达以及肝脏糖原含量也降低。二甲双胍激活的AMPK通过阻断cAMP刺激的TORC2去磷酸化，降低肝PPP1R3C的表达，从而抑制肝糖原生成[2]。

在结直肠癌中，Ppp1r3c的DNA甲基化水平与血糖水平相关。研究发现，Ppp1r3c在结直肠癌组织中显著过甲基化，并且结肠癌细胞系中也观察到过甲基化现象。从高血糖水平患者中获得的结直肠癌组织表明，Ppp1r3c的甲基化水平低于血糖水平正常患者的甲基化水平。当DLD-1细胞在高血糖条件下培养时，Ppp1r3c的甲基化受到抑制。Ppp1r3c的表达与其甲基化状态呈负相关。此外，启动子荧光素酶分析显示，在高血糖培养条件下，Ppp1r3c的转录活性增加。当在DLD-1细胞中沉默PPP1R3C时，细胞数量减少。这些结果表明，Ppp1r3c是结直肠癌中一个新发现的过甲基化基因，可能在癌细胞生长中与血糖水平相关[3]。

在应激诱导的基因表达方面，Ppp1r3c受到LC-NA系统的调节。研究发现，LC-NA系统在应激暴露期间通过β-肾上腺素受体调节背侧和腹侧海马中的一组大量可重复的基因。对于这些基因中的一小部分，LC刺激触发的NA释放足以模拟应激诱导的转录反应。在两种性别中，以及独立于LC激活的模式和频率，观察到这些效应。使用逆行光遗传学方法，研究者证明海马投射LC神经元直接调节海马基因表达。总体而言，LC-NA激活的关键靶点是一组高度选择性的星形胶质细胞富集基因，其中最突出的是蛋白磷酸酶1的几个亚基（Ppp1r3c、Ppp1r3d、Ppp1r3g）和II型碘甲状腺氨酸脱碘酶（Dio2）。这些结果表明，星形胶质细胞的能量代谢和甲状腺激素信号在LC介导的海马功能中起着重要作用，并为理解NA如何影响健康和疾病中的大脑功能提供了新的分子靶点[4]。

在卵巢癌中，Ppp1r3c和AhRR的表达与患者预后相关。研究发现，AhRR和PPP1R3C的表达与卵巢癌患者的总生存期和疾病无进展生存期呈负相关。此外，AhRR和PPP1R3C的表达与卵巢癌细胞干细胞标记物显著相关，表明它们可能在癌细胞干细胞中发挥作用。此外，AhRR和PPP1R3C的表达在一些癌细胞干细胞亚群中保持上调，这进一步证实了它们在卵巢癌中的潜在作用[5]。

在成人多聚糖体病（APBD）中，Ppp1r3c的缺失可以挽救小鼠模型。APBD是一种成人发病的糖原贮积病IV型的神经变型，由糖原分支酶基因的隐性突变引起，导致神经系统中积累称为多聚糖体的分支不良的糖原聚集体。目前尚无治疗APBD的方法。研究者测试了下调糖原合成在小鼠模型中的治疗效果。研究者敲除了两个促糖原生成蛋白，即糖原合酶（GYS1）和蛋白磷酸酶1调节亚基3C（PPP1R3C），PPP1R3C是一种参与GYS1活化的蛋白质。研究者分析了表型、组织学参数，并量化了糖原。缺乏GYS1或PPP1R3C的APBD小鼠在寿命、形态和行为测试中显示出改善。组织学分析显示，GYS1和PPP1R3C缺乏的APBD小鼠的脑中多聚糖体积累减少，星形胶质细胞和微胶质细胞增多减少。脑糖原定量证实了异常糖原积累的减少。分析骨骼肌、心脏和肝脏发现，GYS1缺乏降低了所有三种组织中多聚糖体的积累，PPP1R3C敲除降低了骨骼肌中多聚糖体的积累。GYS1和PPP1R3C是APBD小鼠模型中的有效治疗靶点。这些发现为开发APBD和其他糖原贮积病IV型患者的治疗方法迈出了关键的一步[6]。

在缺氧条件下，Ppp1r3c的表达受到缺氧诱导因子1（HIF1）的调节。研究发现，在缺氧条件下，HIF1介导了人MCF7细胞中Ppp1r3c的表达。突变分析证实，Ppp1r3c基因上游229bp处存在一个功能性缺氧反应元件。Ppp1r3c的诱导与MCF7细胞在缺氧条件下的显著糖原积累相关。HIF1α或PPP1r3c的敲低显著减弱了缺氧诱导的糖原积累。HIF2α的敲低略微减少了缺氧诱导的糖原积累（但无显著差异）。这些结果表明，HIF1通过调节Ppp1r3c的表达来促进缺氧条件下的糖原积累，揭示了细胞对缺氧的一种新的代谢适应性[7]。

在肾细胞癌（RCC）中，miR-4461通过靶向Ppp1r3c抑制肿瘤发生。研究发现，RCC组织和细胞中miR-4461的表达下调，而PPP1R3C的表达上调。miR-4461被验证为直接靶向PPP1R3C，从而负向调节PPP1R3C。特别是，miR-4461通过与抑制PPP1R3C结合，对RCC细胞的恶性表型表现出明显的抑制作用。这些结果表明，miR-4461作为一种肿瘤抑制因子，通过靶向下调PPP1R3C来抑制RCC的进展[8]。

在骨质疏松症的诊断方面，Ppp1r3c被认为是重要的能量代谢相关基因。研究发现，能量代谢相关基因在骨质疏松症的发展中起着重要作用。研究者从NCBI Gene Expression Omnibus下载了GSE56814、GSE62402和GSE7158数据集，筛选了高和低骨矿物质密度（BMD）水平之间差异表达的基因和能量代谢相关基因之间的重叠基因作为差异表达能量代谢基因（DE-EMGs）。随后，构建了一个基于DE-EMGs的诊断模型，并通过RT-qPCR验证了模型中基因的差异性表达。此外，构建了受试者工作特征曲线和列线图模型来评估诊断模型的预测能力。最后，构建了合并样本中的免疫细胞类型和与选定的最优DE-EMGs相关的网络。共选择了72个重叠基因作为DE-EMGs，并建立了一个由B4GALT4、ADH4、ACAD11、B4GALT2和PPP1R3C组成的基于五个DE-EMGs的诊断模型。在合并的训练数据集中，五个基因的曲线下面积分别为0.784，在验证数据集中，B4GALT2的曲线下面积为0.790。此外，列线图模型显示出良好的预后预测能力（C指数=0.9201；P=5.507e-14）。在高BMD组和低BMD组之间，五种免疫细胞类型存在显著差异，包括中央记忆、效应记忆和活化的CD8 T细胞，以及调节性T细胞和活化的B细胞。构建了一个与DE-EMGs相关的网络，包括hsa-miR-23b-3p、DANCR、17个小分子药物和两个京都基因与基因组百科全书途径，包括代谢途径和丙酮酸代谢。这些发现突出了DE-EMGs在骨质疏松症发展中的重要作用。此外，DANCR/hsa-miR-23b-3p/B4GALT4轴可能为骨质疏松症发生的过程提供新的分子见解[9]。

在基因表达剂量依赖性改变方面，Ppp1r3c在乙基亚硝基脲（DEN）和乙基亚硝基脲（ENU）处理后的小鼠肝脏中表达增加。研究者通过定量实时PCR（qPCR）检测了51个基因在用两种N-亚硝基致突变肝致癌物（DEN和ENU）处理的小鼠肝脏中的表达变化。将DEN（3、9、27和80mg/kg bw）或ENU（6、17、50和150mg/kg bw）腹腔注射到9周龄的雄性B6C3F(1)小鼠中，在4小时和28天后取肝脏。将混合肝脏的总RNA逆转录为cDNA，并通过qPCR量化每个基因的量。结果通过层次聚类和k-means聚类以及Ingenuity通路分析（IPA）进行分析。最显著的结果是DEN和ENU的基因表达变化的剂量依赖性相似。21个基因在两种致癌物处理后4小时内表现出明显的剂量依赖性表达增加，尽管由于ENU引起的基因表达增加通常比DEN引起的增加弱。只有Gdf15在两种致癌物处理后28天表现出剂量依赖性表达增加。DEN和ENU之间的差异在于额外基因的表达（DEN为7个，ENU为8个）。IPA提取了五个基因网络：网络-1包括与癌症和细胞周期阻滞相关的基因，与Bax、Btg2、Ccng1、Cdkn1a、Gadd45b、Gdf15、Hspb1、Mdm2和Plk2相关，网络-2与DNA复制、重组、修复和细胞死亡相关，与Cyp21a1、Gdf15、Ppp1r3c、Rcan1和Tubb2c相关。目前的结果表明，DEN和ENU引起的基因表达变化具有明显的剂量依赖性。这些变化与癌症、细胞周期阻滞、DNA复制、重组、修复和细胞死亡相关，并且在给药后4小时和28天都可以观察到[10]。

综上所述，Ppp1r3c作为一种重要的蛋白磷酸酶1调节亚基，在细胞内信号传导和代谢调控中发挥着关键作用。Ppp1r3c在能量代谢、应激诱导的基因表达、肿瘤发生、骨质疏松症的诊断和基因表达剂量依赖性改变等方面发挥着重要作用。Ppp1r3c的研究有助于深入理解其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。