Hemgn-flox 基因敲除小鼠

Hemgn，也称为HEMGN，是一种核蛋白，编码的基因位于人类9号染色体上，小鼠中称为hemogen，人类中称为EDAG，大鼠中称为RP59。Hemgn被认为是造血特异性基因，在造血发生过程中表达。Hemgn的表达受发育调控，其不同的剪接变体分别限制性地表达于造血细胞和睾丸中的圆形精子细胞中。这些变体共享一个共同的编码序列，但具有不同的5'和3'非编码区，它们通过使用不同的启动子和多腺苷酸化位点从相同的基因位点HEMGN转录而来。Hemgn的表达示例了一个发育调控机制，通过在不同的细胞类型中使用不同的调控序列来实现基因表达的多样化。此外，存在一个睾丸特异性Hemgn变体，这表明它在精子发生中发挥作用。荧光原位杂交显示，Hemgn在鼠类中定位于4号染色体A5-B2，在人类中定位于9q22，这是一个已知包含白血病断裂点的区域[8]。

Hemgn在多种生物学过程中发挥作用，包括造血、精子发生和免疫反应。在造血方面，Hemgn对造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的再生至关重要。研究表明，Hemgn在造血应激，如照射和骨髓移植（BMT）中显著上调。Hemgn缺乏并不影响年轻小鼠的稳态造血，但Hemgn-/- HSPCs在BMT期间表现出缺陷的归巢活性、降低的存活率和增加的凋亡。转录组分析显示，移植的Hemgn-/- HSPCs中上调的基因富集于与干扰素γ（IFN-γ）信号传导相关的基因集。Hemgn-/- HSPCs对IFN-γ处理的反应增强，随着时间的推移衰老加剧。在照射的受体中，通过药理学或遗传学方法阻断IFN-γ信号传导可以挽救Hemgn-/- HSPCs的归巢缺陷。机制研究表明，Hemgn缺乏通过抑制T细胞蛋白酪氨酸磷酸酶TC45活性来维持Stat1酪氨酸磷酸化。精胺，一种TC45的选择性激活剂，可以挽救IFN-γ处理的Hemgn-/-小鼠中HSPCs的加剧表型。这些结果表明，Hemgn通过负调节IFN-γ信号传导，对小鼠HSPCs的成功归巢和重建至关重要。靶向Hemgn可能用于改善HSPCs移植的预处理方案和归巢[1]。

在癌症方面，Hemgn属于癌症/睾丸抗原（CTAs），在各种人类癌症中表达，并在癌症免疫治疗中受到特别关注。研究表明，肺腺癌（LUAD）患者中Hemgn的表达显著降低。高Hemgn表达与LUAD患者更好的预后显著相关。LUAD患者中抗Hemgn抗体的浓度水平显著高于健康个体，并且与临床分期密切相关。Hemgn参与LUAD中不同的典型基因组改变。基因集富集分析（GSEA）表明，Hemgn与免疫和物质代谢密切相关。值得注意的是，Hemgn与免疫浸润显著相关，包括B细胞、CD8+ T细胞、CD4+ T细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞（DCs）和各种功能T细胞。此外，Hemgn与多种免疫基因标记显著相关。因此，Hemgn可以被认为是LUAD的预后生物标志物，并且与免疫浸润相关[2]。

在睾丸发育方面，鸟类的睾丸是精子发生和雄激素产生的场所。鸟类的成对睾丸在胚胎发生期间分化，首先在性腺原基中发育出前Sertoli细胞，并将它们凝结成细精管。生殖细胞被这些细精管包围并进入有丝分裂静止期，而类固醇生成Leydig细胞随后在细精管周围分化。在鸡中，睾丸发育受Z染色体连锁的DMRT1基因控制，该基因直接或间接激活男性因子HEMGN、SOX9和AMH。最近的单细胞RNA测序已经定义了鸡睾丸发育过程中细胞谱系的指定，而比较研究表明，鸟类睾丸形成具有深刻的保守性[3]。

在红细胞分化方面，水通道蛋白基因在原始红细胞生成和确定红细胞生成中差异表达。研究表明，水通道蛋白1（AQP1）基因的过表达极大地促进了人类红白血病K562细胞的红细胞分化，使用联苯胺染色和定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）分析代表性的红细胞相关基因，包括γ-珠蛋白。但红细胞特异性基因调节的分子机制仍不清楚。研究表明，AQP1诱导血红蛋白表达并通过微阵列分析在K562细胞中改变红细胞基因表达。AQP1过表达有效地抑制了K562细胞的增殖并诱导细胞在G1期生长停滞。然后使用微阵列分析来分析涉及AQP1在红细胞分化诱导机制中的差异表达基因。DAVID功能注释聚类工具用于识别与差异表达基因富集的生物功能（n=466个基因），并根据其功能相似性将基因分组。显著富集的基因涉及“氧转运活性”（p=3.8E-7），包括血红蛋白（HBD、HBG、HBB、HBE1和HBQ1）、HEMGN和EBP42，这些基因通过qRT-PCR得到验证。此外，通过RNA干扰沉默K562-AQP1细胞中的HEMGN导致这些基因下调。这些数据为AQP1在红细胞分化中的作用提供了更好的理解，通过促进HEMGN诱导和其他与血红蛋白诱导相关的潜在信号通路[4]。

在骨坏死方面，糖皮质激素诱导的股骨头坏死（SONFH）是一种慢性致残性骨病。研究发现，HEMGN和SLC2A1可能是SONFH的潜在诊断生物标志物。基于10名健康个体和30名SONFH患者的血液样本的GSE123568数据集用于加权基因共表达网络分析（WGCNA）和差异表达基因（DEGs）筛选。将模块中与SONFH相关的基因和DEGs提取出来进行基因本体（GO）和京都基因和基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。基因显著性|gene significance|>0.7和模块成员|module membership|>0.8的基因被选为模块中的中心基因。DEGs筛选中连接度≥5的DEGs被选为DEGs中的中心基因。然后，模块中中心基因和DEGs中中心基因的重叠基因被选为SONFH的关键基因。接着，在另一个数据集中验证这些关键基因，并通过受试者工作特征（ROC）曲线评估关键基因的诊断价值。通过WGCNA构建了9个基因共表达模块。包含1258个基因的棕色模块与SONFH相关性最强，并被确定为SONFH的关键模块。功能富集分析的结果显示，关键模块中的基因主要富集在炎症反应、凋亡过程和破骨细胞分化中。在关键模块中鉴定出91个中心基因。此外，通过DEGs筛选鉴定出145个DEGs，并鉴定出26个DEGs的中心基因。关键模块中中心基因和DEGs中中心基因的重叠基因，包括RHAG、RNF14、HEMGN和SLC2A1，被进一步选为SONFH的关键基因。通过ROC曲线确认了这些关键基因对SONFH的诊断价值。这些关键基因在GSE26316数据集中的验证结果表明，只有HEMGN和SLC2A1在SONFH组中下调，表明它们比RHAG和RNF14更有可能成为SONFH的诊断生物标志物[5]。

在甲状腺癌方面，研究发现，HEMGN是甲状腺癌相关的基因之一。整合系统生物学信息、肿瘤和匹配的正常组织的全基因组表达数据以及GWAS数据可以帮助识别与甲状腺癌相关的基因和通路或功能网络。通过使用各种通路和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）注释数据库和基因表达数据，研究了EPITHYR联盟（1551例和1957例对照）的GWAS数据。在已知的位点2q35（DIRC3）、8p12（NRG1）、9q22（FOXE1、TRMO、HEMGN、ANP32B、NANS）和14q13（MBIP）上鉴定了8个与甲状腺癌相关的基因。使用EW_dmGWAS方法发现，与糖原分解、糖原代谢、胰岛素代谢和与肌肉收缩相关的信号传导通路相关的基因网络过度表达与关联信号（FDR调整后的p值<0.05）。此外，21个KEGG和75个REACTOME通路的假设性关联与甲状腺癌表明，甲状腺癌易感性与胆固醇代谢、氨基糖和核苷糖代谢、类固醇生物合成以及ERBB2信号通路的下调相关。这些结果提供了对甲状腺癌风险贡献的生物学机制的新的见解[6]。

在急性B淋巴细胞白血病（B-ALL）方面，B-ALL患者的肿瘤细胞的染色体畸变景观多种多样，可以影响疾病的预后。在疾病发作时使用染色体微阵列（CMA）进行分子核型分析，以识别与疾病预后相关的其他分子因素。研究了根据ALL-2016方案接受治疗的36例Ph阴性B-ALL患者的分子核型数据。分析了CDKN2A/B、DMRTA、DOCK8、TP53、SMARCA2、PAX5、XPA、FOXE1、HEMGN、USP45、RUNX1、NF1、IGF2BP1、ERG、TMPRSS2、CRLF2、FGFR3、FLNB、IKZF1、RUNX2、ARID1B、CIP2A、PIK3CA、ATM、RB1、BIRC3、MYC、IKZF3、ETV6、ZNF384、PTPRJ、CCL20、PAX3、MTCH2、TCF3、IKZF2、BTG1、BTG2、RAG1、RAG2、ELK3、SH2B3、EP300、MAP2K2、EBI3、MEF2D、MEF2C、CEBPA和TBLXR1基因的拷贝数改变及其预后意义，选择t(4;11)和t(7;14)作为参考事件。在36名患者中，只有5名（13.8%）具有正常的分子核型，而31名（86.2%）被发现具有各种分子核型异常-104个缺失、90个复制或扩增、29个cnLOH和7个双等位基因/纯合缺失。发现涉及BIRC3、ATM和MLL基因的11q22-23复制是研究队列中最不利预后事件[7]。

综上所述，Hemgn在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括造血、精子发生、免疫反应和肿瘤发生。Hemgn的表达受发育调控，并通过使用不同的启动子和多腺苷酸化位点在不同的细胞类型中实现基因表达的多样化。Hemgn在造血应激中保护HSPCs，通过负调节IFN-γ信号传导来维持其归巢和存活。Hemgn在LUAD中表达降低，与更好的预后相关，并与免疫浸润相关。Hemgn在鸟类睾丸发育中由DMRT1基因调控，并在精子发生中发挥作用。AQP1诱导的HEMGN表达和红细胞基因表达的改变表明Hemgn在红细胞分化中的作用。Hemgn和SLC2A1可能是SONFH的潜在诊断生物标志物。Hemgn是甲状腺癌相关的基因之一，参与糖原分解、糖原代谢、胰岛素代谢和与肌肉收缩相关的信号传导通路。Hemgn的拷贝数改变与Ph阴性B-ALL患者的预后相关。因此，Hemgn是一个重要的基因，在多种生物学过程中发挥着重要作用，并可能成为诊断和治疗多种疾病的潜在靶点。