Usp29-flox 基因敲除小鼠

Usp29，即泛素特异性蛋白酶29，是泛素特异性蛋白酶（USPs）家族中的一个成员。USPs是一类去泛素化酶，负责从底物蛋白上去除泛素分子，从而调节这些底物蛋白的稳定性和活性。Usp29在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括代谢、发育、DNA损伤修复和癌症发生等。

Usp29在代谢相关疾病中的作用日益受到关注。研究发现，Usp29在代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）中起着关键作用。在MASLD患者和小鼠的肝脏组织中，Usp29蛋白水平显著降低。Usp29的缺失加剧了肝脂肪变、炎症和纤维化，而Usp29的过表达则缓解了这些病理变化。Usp29通过直接与长链酰辅酶A合成酶5（ACSL5）相互作用，并增加ACSL5的K48连接去泛素化，从而抑制ACSL5的降解，进而激活脂肪酸β-氧化（FAO）相关基因的表达，促进FAO，从而减轻MASLD的进展[1]。

除了在肝脏中的作用，Usp29还在生殖系统中表达，尤其是在小鼠的睾丸中。然而，研究表明，Usp29在小鼠的雄性生育能力中并非必需。Usp29在小鼠睾丸中的mRNA表达从出生后14天开始增加，在28天和35天达到峰值。通过CRISPR/Cas9技术敲除Usp29基因后，小鼠没有出现明显的发育异常，其生育能力、睾丸/体重比例、睾丸和附睾的形态学以及附睾中的精子计数与野生型小鼠没有明显差异。这表明，尽管Usp29在睾丸中表达丰富，但它对小鼠的雄性生育能力并非必需[2]。

Usp29的表达还受到印记基因的调控。Usp29是一个父系表达的基因，位于另一个印记基因Peg3的上游。研究发现，通过敲入等位基因截短Usp29的转录会导致父系传递的突变等位基因导致身体和窝仔数量的减少，而母系传递则没有明显影响。在父系突变体中，Usp29的表达水平降低到野生型小鼠的14-18%。此外，突变体中相邻的印记基因Zfp264在雌性中出现了异常的上调表达，这与Zfp264启动子的低甲基化有关。这些结果表明，Usp29的转录可能参与了Zfp264启动子DNA甲基化的性别特异性设置[3]。

除了在代谢和生殖中的作用，Usp29还在癌症发生中发挥重要作用。研究发现，Usp29在胃癌中表达显著上调，并与患者的不良生存相关。Usp29的过表达促进了肿瘤生长，而敲低Usp29则抑制了肿瘤生长。Usp29的激活是通过远上游元件结合蛋白1（FUBP1）直接激活Usp29基因转录，然后与并稳定了AURKB，通过抑制K48连接的多泛素化来构成一个FUBP1-USP29-AURKB调控轴，从而介导Usp29的致癌作用。此外，Usp29的全身敲除小鼠的BaP诱导的致癌性显著降低，并且森林组织中的Aurkb水平也降低。这些发现揭示了一个新的FUBP1-USP29-AURKB调控轴，该轴可能在胃癌的发生和肿瘤进展中发挥重要作用，并提示Usp29可能成为癌症治疗的潜在药物靶点[4]。

Usp29还与肿瘤细胞的代谢重编程有关。研究发现，Usp29直接去泛素化并稳定了MYC和HIF1α，这两个代谢重编程的主要调节因子，使肿瘤细胞在常氧和缺氧条件下都能适应。在MYC驱动的神经母细胞瘤和B细胞淋巴瘤中，Usp29的全身敲除导致MYC和HIF1α的耗竭，抑制了关键的代谢靶点，并显著延长了肿瘤小鼠的生存期。有趣的是，Usp29基因纯合突变的小鼠是可存活的、可生育的，并且没有明显的表型异常。这些结果表明，Usp29选择性地协调MYC和HIF1α，整合了癌细胞生长的关键代谢过程，并且靶向Usp29的治疗可能为频繁发生MYC和HIF1α失调的人类癌症创造一个独特的弱点[5]。

此外，Usp29还通过促进核苷酸生物合成来支持神经母细胞瘤的进展。Usp29耗竭导致与糖酵解和核苷酸生物合成相关的中间体紊乱。使用13C6葡萄糖作为示踪剂进行的新生核苷酸生物合成分析表明，Usp29耗竭的细胞表现出葡萄糖来源的核苷酸合成中间体的抑制，并且这种抑制在缺氧条件下更为显著。RNA测序数据分析表明，Usp29通过调节MYC和E2F下游途径促进参与核苷酸合成的代谢酶的基因表达。这些发现表明，Usp29是肿瘤细胞核苷酸生物合成的重要调节因子[6]。

Usp29还在DNA损伤修复中发挥重要作用。研究发现，Usp29是SETD8的一个新的调节因子。SETD8是一个组蛋白甲基转移酶，在转录调控、细胞周期进展和基因组维持中发挥关键作用。SETD8通过控制组蛋白H4K20甲基化来调节53BP1在DNA损伤位点的募集。SETD8的水平受到泛素依赖性蛋白酶体降解的严格调控。Usp29的耗竭导致SETD8蛋白水平降低，这种效应与细胞周期无关。SETD8与Usp29在体内结合，这种相互作用依赖于Usp29的催化活性。野生型Usp29可以在体内去泛素化SETD8，表明Usp29直接调节SETD8蛋白水平。重要的是，Usp29敲低抑制了辐射诱导的H4K20单甲基化的增加，从而阻止了53BP1在DNA损伤反应中的焦点形成。此外，Usp29的耗竭增加了细胞对辐射的敏感性。这些结果表明，Usp29对DNA损伤反应和细胞存活至关重要，这可能通过控制SETD8的蛋白水平来实现[7]。

Usp29还通过调节Cdc25A介导的肿瘤发生。Cdc25A是一种双特异性磷酸酶，在多种癌细胞中过表达，并促进肿瘤发生。在正常细胞中，Cdc25A的表达受到严格的调控，但在癌细胞中，Cdc25A的表达模式的变化导致肿瘤发生的机制尚不清楚。研究发现，Usp29通过保护Cdc25A免受泛素介导的蛋白酶体降解来稳定Cdc25A蛋白表达。Usp29的存在有效地阻止了Cdc25A的多泛素化，并延长了其半衰期。CRISPR-Cas9介导的Usp29敲低导致HeLa细胞在G0/G1期发生细胞周期阻滞。Usp29敲低还阻碍了Cdc25A介导的癌细胞增殖、迁移和侵袭。此外，移植了Usp29耗竭细胞的NSG裸鼠的肿瘤大小显著减小，而Usp29耗竭细胞中Cdc25A的重新表达则显著增加了肿瘤大小。这些结果表明，Usp29通过调节Cdc25A的蛋白周转来促进细胞周期进展和致癌转化[8]。

Usp29还与胃癌细胞迁移有关。Snail是一种上皮-间质转化（EMT）和转移的主要诱导因子，但其蛋白是不稳定的，并且通过泛素化介导的蛋白酶体途径迅速降解。去泛素化酶（DUBs）可以对抗Snail的降解过程，以在癌细胞中维持高水平的Snail蛋白。研究发现，USP29在防止Snail降解方面表现出最强的活性。USP29通过增强Snail和SCP1的相互作用，导致Snail的同时去磷酸化和去泛素化，从而协同防止Snail的降解。生物学上，USP29的过表达促进了胃癌细胞的迁移，而Snail的耗竭则消除了USP29介导的细胞迁移；USP29可以被主要的EMT和转移诱导因子，如TGFβ、TNFα和缺氧所诱导。更重要的是，Snail、USP29和SCP1的高表达水平与不良生存和预后相关。这些数据表明，Snail是USP29促进细胞迁移的关键底物，USP29/SCP1复合物可能是治疗转移性癌症的新治疗靶点[9]。

最后，Usp29还与肝癌细胞对索拉非尼的耐药性有关。研究发现，在肝癌中，HIF1α的异常表达和有氧糖酵解代谢的增加是索拉非尼治疗耐药性的驱动因素。然而，HIF1α是如何被激活以及其活性和随后有氧糖酵解的诱导如何促进肝癌细胞对索拉非尼的耐药性尚不清楚。研究发现，泛素特异性肽酶USP29是HIF1α和有氧糖酵解在索拉非尼耐药性发展中的新调节因子。特别是，USP29被鉴定为HIF1α的一个关键去泛素化酶（DUB），它直接去泛素化并稳定HIF1α，从而促进其转录活性。HIF1α的转录靶点之一是编码糖酵解途径中关键酶己糖激酶2（HK2）的基因。USP29的缺失导致HIF1α转录活性的缺失，从而降低了有氧糖酵解水平，并在体外和体内异种移植小鼠模型中恢复了索拉非尼耐药性肝癌细胞对索拉非尼的敏感性。值得注意的是，USP29的缺失和高HK2表达水平与HCC患者对索拉非尼治疗的反应相关。这些数据表明，作为HIF1α的DUB，USP29通过上调糖酵解促进了HCC细胞对索拉非尼的耐药性，从而为治疗患者中的索拉非尼耐药性HCC开辟了新的途径[10]。

综上所述，Usp29是一种重要的去泛素化酶，在多种生物学过程中发挥着重要作用。Usp29在代谢相关疾病、生殖系统、癌症发生和DNA损伤修复中发挥着重要作用。Usp29的调控机制和功能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。