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C57BL/6JCya-Usp16em1flox/Cya 条件性基因敲除小鼠
复苏/繁育服务
产品名称:
Usp16-flox
产品编号:
S-CKO-15852
品系背景:
C57BL/6JCya
小鼠资源库
* 使用本品系发表的文献需注明:Usp16-flox mice (Strain S-CKO-15852) were purchased from Cyagen.
交付类型
周龄
性别
基因型
数量
基本信息
品系名称
C57BL/6JCya-Usp16em1flox/Cya
品系编号
CKOCMP-74112-Usp16-B6J-VA
产品编号
S-CKO-15852
基因名
Usp16
品系背景
C57BL/6JCya
基因别称
UBPM;1200004E02Rik;2810483I07Rik;6330514E22Rik
NCBI号
修饰方式
条件性基因敲除
品系说明
该品系是基于策略设计时的数据库信息制作而成,建议您在购买前查询最新的数据库和相关文献,以获取最准确的表型信息。
小鼠表型
MGI:1921362 Mice homozygous for a transgenic gene disruption exhibit embryonic lethality at E6.
质控标准
精子检测
① 冷冻前验证精子活力观察
② 冷冻验证每批次进行复苏验证
品系状态
活体
环境标准
SPF
供应地区
中国
品系详情
Usp16位于小鼠的16号染色体,采用基因编辑技术,通过高通量电转受精卵方式,获得Usp16基因条件性敲除小鼠,性成熟后取精子冻存。
Usp16-flox小鼠是由赛业生物(Cyagen)采用基因编辑技术构建的条件性敲除小鼠。Usp16基因位于小鼠16号染色体上,由18个外显子组成,其中ATG起始密码子在2号外显子,TGA终止密码子在最后一个外显子。条件性敲除区域(cKO区域)位于4至5号外显子之间,包含208个碱基对的编码序列。删除该区域会导致小鼠Usp16基因功能的丧失。Usp16-flox小鼠模型的构建过程包括将基因编辑工具和靶向载体共同注入受精卵。随后,对出生的小鼠进行PCR和测序分析进行基因型鉴定。此外,对于携带敲除等位基因的小鼠,Usp16基因会发生移码突变,导致基因功能丧失。该模型可用于研究Usp16基因在小鼠体内的功能。
基因研究概述
Usp16,全称为Ubiquitin Specific Peptidase 16,是一种重要的去泛素化酶,它在多种生物学过程中发挥关键作用,包括基因表达调控、细胞周期进程、DNA损伤修复等。Usp16最初被发现是组蛋白H2A的主要去泛素化酶,后来又发现它可以去除多种其他底物的泛素化,这些底物既包括细胞质中的蛋白质也包括细胞核中的蛋白质。Usp16在细胞进入有丝分裂时会被磷酸化,而在中期/后期转换过程中则会被去磷酸化。尽管Usp16的大部分位于细胞质中,但将其从底物中分离出来被认为是一种重要的调节机制。Usp16与DNA损伤修复、免疫疾病、肿瘤发生、蛋白质合成、冠状动脉健康和男性不育等多种功能相关。由于其与免疫反应的密切联系以及USP16是多种致癌基因产物的底物,因此USP16被认为是某些人类疾病治疗的潜在靶点[5]。
NFκB信号通路可以激活USP16基因的表达。研究发现,人类USP16基因的5'侧翼区域(-1856bp ~ +468bp)含有控制其转录的功能启动子。在这个启动子中发现了三个NFκB结合位点。进一步研究发现,p65的过表达增强了内源性USP16 mRNA水平。此外,LPS和TNFα,作为NFκB通路的强效激活剂,上调了USP16的转录。这些结果表明,USP16基因表达在转录水平上受到严格调控。NFκB信号通路通过三个顺式作用元件调节人类USP16基因的表达。这一研究结果为USP16表达失调在唐氏综合症中的潜在作用提供了新的见解[1]。
USP16基因的拷贝数变异(CNV)与牛奶性状相关。研究发现,USP16基因CNV对每日产奶量和脂肪百分比对有显著差异(p < 0.05)。在每日产奶量中,增益是有利的类型,而在脂肪百分比对中,损失是有利的类型。因此,USP16基因CNV是影响中国荷斯坦牛牛奶性状的重要因素。同时,它可以用作辅助选择牛奶性状的分子标记,为中国奶牛品种的遗传改良提供理论基础[2]。
使用CRISPR-Cas9系统对人类单核细胞白血病细胞系THP-1中的USP16基因进行编辑,产生了四个纯合子敲除克隆。所有这些克隆都能在佛波酯(PMA)处理后增殖和分化。其中一个细胞系在PMA处理前具有高度增殖性,并且在分化时停止增殖,类似于野生型。三个克隆显示了祖细胞标记MYB的持续表达,表明在这些克隆中分化并没有完全阻止增殖。转录组差异的网络分析表明,所有细胞系中在分化后都有基因的升高或降低。在PMA处理之前,纯合子克隆中与代谢和线粒体相关的基因水平低于野生型,包括编码USP16相互作用伙伴的SRPRB。还观察到干扰素信号通路丢失。相反,与野生型相比,纯合子细胞在基线水平上有许多基因的表达上调,包括其他去泛素化酶(USP12、BAP1和MYSM1)。然而,三个纯合子未能完全诱导分化过程中的USP3。其他网络簇显示在纯合子克隆中,在分化之前或之后都有影响。因此,USP16的缺失影响了细胞的转录组,尽管所有这些细胞系都能存活,这表明归因于USP16的功能可能是冗余的。这一分析表明,白血病细胞系可以通过不同的补偿途径适应USP16缺失带来的极端选择压力,以及基因编辑和选择方案中的严酷条件。类似的选择压力在体内癌症的进化过程中发生,因此,这些结果可以被看作是白血病细胞适应的一个案例研究。USP16已被认为是癌症化疗的靶点,但结果表明,治疗会选择对USP16抑制剂有抗性的逃逸突变体[3]。
O-GlcNAcylation可以刺激USP16的去泛素化活性并调节细胞周期进程。研究发现,组蛋白2A单泛素化(uH2A)是基因表达的关键表观遗传调控。该研究首先证实USP16在Thr203和Ser214位点上被糖基化,然后发现突变O-GlcNAcylation位点Thr203会降低USP16对H2AK119ub的去泛素化活性,而突变Ser214位点则有相反的效果。使用USP16 Ser552磷酸化特异性抗体,研究证实O-GlcNAcylation拮抗了细胞周期蛋白依赖性激酶1介导的磷酸化,并促进USP16的核输出。USP16的O-GlcNAcylation还对于去泛素化Polo样激酶1(一种有丝分裂主激酶)以及随后的染色体分离和细胞分裂是必需的。总的来说,该研究揭示了USP16在Thr203和Ser214位点的O-GlcNAcylation协调了uH2A和Polo样激酶1的去泛素化,从而确保了适当的细胞周期进程[4]。
在人类和老鼠中,CEP78的功能丧失突变会导致男性不育。研究发现,在男性不育患者中,CEP78的致病性剪接突变导致精子数量和活力严重减少,以及精子鞭毛表型的典型多形态异常。进一步创建的Cep78敲除小鼠表现出极低的精子数量,完全异常的精子形态,以及大约零的精子活力。患者和敲除小鼠的生育能力无法通过胞浆内单精子注射治疗来挽救。机制上,CEP78可能通过泛素化途径调节USP16的表达,从而进一步稳定Tektin的水平。Cep78敲除小鼠还表现出视网膜和外毛细胞功能的损害。总的来说,这些发现确定了非功能性CEP78是导致男性不育的不可或缺因素,并揭示了该基因在调节小鼠视网膜和外毛细胞功能中的作用[6]。
Usp16的去泛素化活性对胚胎干细胞(ESC)的基因表达和谱系决定至关重要。研究发现,Usp16,一种组蛋白H2A去泛素化酶,调节ESC中的H2A去泛素化和基因表达,并且在ESC分化过程中是必需的。Usp16敲除在老鼠中是胚胎致死的,但不会影响ESC的活力或身份。Usp16结合到ESC中大量基因的启动子区域,Usp16的结合与ubH2A水平呈负相关,与基因表达水平呈正相关。有趣的是,Usp16(-/-) ESCs由于ubH2A介导的谱系特异性基因的抑制而无法分化。最终,Usp16,而不是一个催化失活的突变体,挽救了Usp16(-/-) ESCs的分化缺陷。因此,这项研究确定了Usp16和H2A去泛素化是ESC基因表达和分化的关键调节因子[7]。
USP16-H2AK119ub核小体复合物的冷冻电子断层扫描(cryo-EM)结构揭示了USP16与H2AK119ub核小体的识别和去泛素化机制。该结构与多亚基PR-DUB复合物的催化机制不同,包括独立于H2A-H2B酸性斑点的核小体识别模式,以及Ub基序和组蛋白H2A C端尾部的构象异质性。这项工作突出了H2AK119ub去泛素化的机制多样性,并为理解USP16的疾病相关突变提供了结构框架[8]。
lncEPAT在胶质母细胞瘤(GBM)发生过程中通过连接失调的EGFR通路和组蛋白H2A去泛素化发挥关键作用。研究发现,lncEPAT被EGFR通路诱导,高水平表达与胶质瘤分级呈正相关,并预测胶质瘤患者预后较差。质谱分析表明,lncEPAT与去泛素化酶USP16特异性相互作用。lncEPAT抑制USP16招募到染色质,从而阻止USP16介导的H2A去泛素化,并抑制目标基因的表达,包括CDKN1A和CLUSTERIN。lncEPAT的耗尽促进了USP16诱导的细胞周期阻滞和细胞衰老,进而抑制GBM细胞肿瘤发生。因此,EGFR-lncEPAT-ubH2A偶联代表了一种以前未知的表观遗传基因调控和衰老抵抗机制,在GBM肿瘤发生过程中发挥作用[9]。
在阿尔茨海默病(AD)模型中,抑制USP16可以挽救干细胞衰老和记忆力。研究发现,在AD小鼠模型和携带突变型淀粉样前体蛋白的人类胎儿细胞中,细胞内在的神经祖细胞(NPC)功能障碍先于广泛的炎症和淀粉样斑块病理出现,使其成为疾病发展过程中的最早缺陷。研究证明,通过遗传减少USP16,即组蛋白修饰剂和多梳抑制复合物1(PRC1)的关键生理拮抗剂,可以逆转受损的NPC自我更新,从而防止下游的认知缺陷并减少体内的星形胶质细胞增生。USP16的减少导致衰老基因Cdkn2a的表达下调,并减轻了USP16的先前未知功能——骨形态发生蛋白(BMP)信号通路的异常调节。因此,研究揭示了USP16是AD模型中的新靶点,它可以通过调节Cdkn2a和BMP信号通路来改善NPC缺陷并挽救记忆和学习[10]。
综上所述,Usp16作为一种重要的去泛素化酶,在多种生物学过程中发挥着关键作用。它通过调节基因表达、细胞周期进程、DNA损伤修复等功能,影响细胞的生长、分化和死亡。Usp16的表达和活性受到多种因素的调控,包括NFκB信号通路、拷贝数变异、O-GlcNAcylation、CEP78等。USP16的异常表达和活性与多种疾病的发生和发展相关,包括唐氏综合症、牛奶性状、男性不育、胚胎干细胞分化、胶质母细胞瘤和阿尔茨海默病等。因此,USP16被认为是治疗某些人类疾病的潜在靶点,其研究有助于深入理解表观遗传调控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。
参考文献:
1. Yang, Shou, Wang, Juelu, Guo, Shipeng, Zhou, Weihui, Song, Weihong. 2019. Transcriptional activation of USP16 gene expression by NFκB signaling. In Molecular brain, 12, 120. doi:10.1186/s13041-019-0535-3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31888715/
2. Wen, Yifan, He, Hua, Liu, Hongbing, Zhang, Zijing, Huang, Yongzhen. 2020. Copy number variation of the USP16 gene and its association with milk traits in Chinese Holstein cattle. In Animal biotechnology, 33, 98-103. doi:10.1080/10495398.2020.1777148. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32646283/
3. Gažová, Iveta, Lefevre, Lucas, Bush, Stephen J, Lengeling, Andreas, Summers, Kim M. 2021. CRISPR-Cas9 Editing of Human Histone Deubiquitinase Gene USP16 in Human Monocytic Leukemia Cell Line THP-1. In Frontiers in cell and developmental biology, 9, 679544. doi:10.3389/fcell.2021.679544. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34136489/
4. Zhao, Jianxin, Hua, Jie, Zhan, Yahui, Wang, Hengbin, Li, Jing. 2024. O-GlcNAcylation stimulates the deubiquitination activity of USP16 and regulates cell cycle progression. In The Journal of biological chemistry, 300, 107150. doi:10.1016/j.jbc.2024.107150. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38462164/
5. Zheng, Jiahuan, Chen, Chunxu, Guo, Chunqing, Tong, Yufeng, Wang, Hengbin. 2023. The Pleiotropic Ubiquitin-Specific Peptidase 16 and Its Many Substrates. In Cells, 12, . doi:10.3390/cells12060886. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36980227/
6. Zhang, Xueguang, Zheng, Rui, Liang, Chen, Yang, Yihong, Shen, Ying. 2022. Loss-of-function mutations in CEP78 cause male infertility in humans and mice. In Science advances, 8, eabn0968. doi:10.1126/sciadv.abn0968. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36206347/
7. Yang, Wei, Lee, Yun-Hwa, Jones, Amanda E, Townes, Tim M, Wang, Hengbin. 2014. The histone H2A deubiquitinase Usp16 regulates embryonic stem cell gene expression and lineage commitment. In Nature communications, 5, 3818. doi:10.1038/ncomms4818. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24784029/
8. Ai, Huasong, He, Zaozhen, Deng, Zhiheng, Pan, Man, Liu, Lei. 2024. Structural and mechanistic basis for nucleosomal H2AK119 deubiquitination by single-subunit deubiquitinase USP16. In Nature structural & molecular biology, 31, 1745-1755. doi:10.1038/s41594-024-01342-2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38918638/
9. Li, Linlin, Zhou, Aidong, Wei, Yanjun, Wang, Hengbin, Huang, Suyun. 2022. Critical role of lncEPAT in coupling dysregulated EGFR pathway and histone H2A deubiquitination during glioblastoma tumorigenesis. In Science advances, 8, eabn2571. doi:10.1126/sciadv.abn2571. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36197973/
10. Reinitz, Felicia, Chen, Elizabeth Y, Nicolis di Robilant, Benedetta, Quake, Stephen R, Clarke, Michael F. 2022. Inhibiting USP16 rescues stem cell aging and memory in an Alzheimer's model. In eLife, 11, . doi:10.7554/eLife.66037. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35311644/
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