Atad3a-flox 基因敲除小鼠

ATAD3A，全称为ATPase family AAA-domain containing protein 3A，是一种核编码的线粒体酶，参与多种细胞过程，包括线粒体动力学、细胞死亡和胆固醇代谢。ATAD3A基因的过表达和/或突变在不同的癌症类型中被观察到，与癌症的发生和发展相关。失调的ATAD3A在癌细胞中充当线粒体-内质网连接的经纪人，抑制这种酶可以导致肿瘤抑制和增强对化疗和放射治疗的敏感性。因此，ATAD3A是癌症治疗的一个有希望的药物靶点[2]。

在神经退行性疾病中，ATAD3A的寡聚化被发现与阿尔茨海默病（AD）的病理和认知缺陷相关。在AD的神经细胞模型、5XFAD小鼠模型和死后AD大脑中，ATAD3A在线粒体相关内质网膜（MAMs）上寡聚化和积累，通过抑制CYP46A1基因的表达来诱导胆固醇积累。CYP46A1是一种控制大脑胆固醇清除的酶。ATAD3A和CYP46A1合作促进APP的加工和突触丧失。通过杂合ATAD3A敲除或使用DA1进行药理抑制来抑制ATAD3A的寡聚化，可以恢复神经元的CYP46A1水平，使大脑胆固醇周转和MAM完整性正常化，抑制APP的加工和突触丧失，从而减少AD转基因小鼠的神经病理和认知缺陷。这些发现揭示了ATAD3A寡聚化在AD发病机制中的作用，并表明ATAD3A是AD的一个潜在的药物靶点[1]。

ATAD3A基因的变异也与Harel-Yoon综合征（HYS）相关。这是一种由ATAD3A基因突变引起的遗传性疾病，患者表现出神经发育迟缓、肌张力减退、视神经萎缩、轴突神经病变和肥厚型心肌病等症状。ATAD3A基因的变异导致ATAD3A蛋白功能受损，进而影响线粒体动力学、线粒体DNA组织和胆固醇代谢等细胞过程，导致上述临床症状的出现[4][5]。

此外，ATAD3A基因的变异还与线粒体DNA（mtDNA）驱动的免疫激活相关。在两个患者中，一个具有纯神经表型，另一个具有系统性硬化症的征象，均发现他们具有ATAD3A基因的杂合突变，编码ATP酶家族AAA结构域蛋白3A。这些患者表现出增强的干扰素刺激基因（ISG）表达。在THP-1细胞中敲低ATAD3A导致增加的干扰素信号传导，由环GMP-AMP合成酶（cGAS）和干扰素基因刺激因子（STING）介导。增强的干扰素信号传导在缺乏mtDNA的THP-1细胞和患者成纤维细胞中被消除。因此，ATAD3A基因的突变定义了一种新的I型干扰素病[3]。

ATAD3A基因的变异还可以导致不同的神经综合征。在五个无关个体中，通过全外显子测序（WES）发现了一种反复出现的de novo ATAD3A c.1582C>T（p.Arg528Trp）变异，这些个体具有全球发育迟缓、肌张力减退、视神经萎缩、轴突神经病变和肥厚型心肌病的核心表型。此外，还描述了两个具有ATAD3A双等位基因变异的家庭，包括两个兄弟姐妹的纯合变异，以及通过ATAD3A和基因家族成员ATAD3B和ATAD3C之间的非等位同源重组（NAHR）介导的ATAD3A双等位基因缺失。组织特异性过表达硼R534W，果蝇突变与人类c.1582C>T（p.Arg528Trp）变异同源，导致线粒体含量显著减少，线粒体形态异常，自噬增加。纯合子硼幼虫的线粒体含量显著减少，而过表达硼WT导致线粒体更大、更长。最后，受影响个体的成纤维细胞表现出增加的线粒体自噬。研究得出结论，p.Arg528Trp变异通过显性负作用机制起作用，导致小线粒体触发线粒体自噬，导致线粒体含量减少。ATAD3A变异代表线粒体动力学和可识别的神经综合征之间额外的联系，如MFN2、OPA1、DNM1L和STAT2突变所见[6]。

在ATAD3A相关的桥脑小脑发育不良中，也观察到临床表现的异质性和严重程度的变化，从隐性新生儿致命的桥脑小脑发育不良到较轻的显性Harel-Yoon综合征，再到新生儿致命的显性心肌病。ATAD3A基因相关疾病的遗传诊断也具有挑战性，因为ATAD3位点有三个同源基因，这使得它成为测序和CNV分析的一个难以攻克的目标。这里报告了来自两个家庭的四个个体，具有复合杂合p.Leu77Val和ATAD3A基因的第3-4外显子缺失。其中一个患者被描述为具有组合OXPHOS缺乏，基于复合物IV活性降低、复合物IV、I和V全酶含量降低、COX2和ATP5A亚基水平降低以及线粒体蛋白质合成速率降低。所有四个报告的患者都具有与之前报道的具有p.Leu77Val变异和null等位基因的患者惊人的相似的临床表现。他们表现出疾病的病程较轻，寿命较长，与双等位基因功能丧失变异的情况相比。这种在临床异质性疾病中的表型一致性使我们假设表型的严重程度可能取决于变异影响的严重程度。为了遵循这一推理，我们回顾了已发表的病例，并根据其类型和患者中疾病的严重程度预测了隐性变异的影响。具有相同变异组合的患者中，ATAD3A相关疾病的临床表现和严重程度是同质的。这一知识使我们能够根据已知病例推断变异影响严重程度，并允许更准确地估计预后，以及更好地理解ATAD3A的功能[5]。

综上所述，ATAD3A基因是一种参与多种细胞过程的核编码线粒体酶，其变异与多种疾病的发生和发展相关。ATAD3A基因的变异可以导致线粒体功能障碍、胆固醇代谢紊乱和免疫激活，进而影响神经发育、心脏功能和认知能力。ATAD3A基因的变异还与不同的神经综合征相关，包括Harel-Yoon综合征、桥脑小脑发育不良等。因此，ATAD3A基因是一个重要的药物靶点，有望为多种疾病的治疗提供新的策略。