Micu1-flox 基因敲除小鼠

MICU1，也称为线粒体钙摄取蛋白1，是一种重要的线粒体蛋白，与线粒体钙摄取通道复合体（MCU复合体）密切相关。MCU复合体是线粒体内膜上的一个钙离子通道，负责细胞内钙离子浓度的调节，对细胞功能和细胞存活至关重要[1]。MICU1是MCU复合体的一个调节亚基，与MCU通道相互作用，调节线粒体钙离子的摄取[8]。

钙离子信号传导在细胞功能和细胞存活中起着关键作用。线粒体在调节细胞内钙离子浓度方面发挥着重要作用。线粒体钙离子的摄取是细胞命运的一个重要决定因素，影响着细胞的呼吸、自噬/自体吞噬和线粒体凋亡途径。线粒体钙离子的摄取是通过线粒体钙离子单通道（MCU）复合体进行的[1]。MCU复合体由四个MCU亚基和一个重要的MCU调节因子（EMRE）组成。与这些蛋白质相互作用的调节蛋白包括线粒体钙摄取1/2（MICU1/2）、MCU显性负β亚基（MCUb）、MCU调节因子1（MCUR1）和溶质载体25A23（SLC25A23）。除了这些蛋白质之外，心磷脂，一种线粒体膜特异的磷脂，也被证明与通道核心相互作用。核心和调节蛋白之间的动态相互作用在感知到局部[Ca2+]i、活性氧和其他环境因素的变化后，调节MCU通道的活性。在这里，我们强调了人类MCU异源组装的结构细节以及它们在调节线粒体钙离子稳态中的已知作用[1]。

MCU功能障碍已被证明会改变线粒体钙离子的动态，进而引发细胞凋亡。线粒体钙离子摄取的变化已被认为是影响多个器官的病理状况的因素，包括心脏、骨骼肌和大脑[1]。然而，我们对这一重要蛋白质复合物的结构和功能知识仍然不完整，理解MCU介导的线粒体钙离子信号传导在疾病中的精确作用需要进一步的研究努力[1]。

在黎巴嫩进行的一项20年的临床和遗传神经肌肉疾病队列分析中，研究人员发现MICU1基因与神经肌肉疾病有关。在这项研究中，103种变异体在49个基因中被鉴定出来。在这些患者中，81.4%被诊断为运动神经元疾病和肌肉萎缩症，其中近一半的患者被描述为脊髓性肌肉萎缩症（SMA）（占患者的40.3%）。研究人员估计黎巴嫩SMA的发生率为每7500次出生1例。杜氏和贝克肌肉萎缩症是第二常见的神经肌肉疾病（占患者的17%）。这些疾病与本研究中鉴定出的最高数量的变异体（39个）相关[2]。

在另一项研究中，研究人员发现线粒体功能障碍与年龄相关的炎症或炎症有关。他们对700个人类血液转录组进行了分析，发现与年龄相关的低度炎症的明显迹象。在线粒体成分的变化中，他们发现线粒体钙单通道（MCU）及其调节亚基MICU1的表达与年龄呈负相关。事实上，随着年龄的增长，小鼠巨噬细胞的mCa2+摄取能力显著下降。研究人员发现，在人鼠巨噬细胞中，mCa2+摄取能力的降低放大了细胞质Ca2+振荡，并增强了下游核因子κB的活化，核因子κB是炎症的关键。他们的发现确定了线粒体钙单通道复合体作为连接年龄相关线粒体生理变化和系统性巨噬细胞介导的年龄相关炎症的分子装置。这些发现提出了一个激动人心的可能性，即恢复组织驻留巨噬细胞的mCa2+摄取能力可以减少特定器官的炎症，并减轻与年龄相关的神经退行性疾病和心血管代谢疾病[3]。

在一项研究中，研究人员对患有复杂、早发性、单基因性运动障碍的儿童进行了研究。他们招募了来自14个国际中心的病人，并收集了他们的临床和遗传数据。研究人员发现，在大多数患者中，运动障碍是全身性的（占77%），并且大多数患者（69%）表现出联合运动症状。帕金森病-肌张力障碍是原发性神经递质疾病（DDC、DHPR、PTPS、SLC6A3、SPR、TH）的特征；舞蹈症主要见于ADCY5、ATP1A3、FOXG1、NKX2.1、SLC2A1、GNAO1和PDE10A相关疾病；刻板行为是FOXG1和GNAO1相关疾病的一个显著特征。那些患有全身性运动障碍的患者比那些患有局限性/节段性分布的患者发病更早（2.5±0.3 vs. 4.7±0.7年；P=0.007）。发育迟缓的患者也比神经发育正常的患者更早出现运动障碍（1.5±2.9 vs. 4.7±3.8年；P<0.001）。有效的疾病特异性治疗方法包括神经递质疾病的治疗，葡萄糖转运蛋白缺乏症的治疗，以及SGCE、KMT2B和GNAO1相关运动障碍的治疗。这项研究强调了在患有遗传性运动障碍的儿童中观察到的复杂表型，这些表型可能导致诊断困难。他们提供了运动症状的全面分析，以指导医生对这些患者的遗传学研究，以促进早期诊断、精确医学治疗和遗传咨询[4]。

在一项来自印度的临床和放射学病例报告中，研究人员描述了一个17岁的男孩，他患有近端肌病、腓肠肌肥大和骨骼畸形，以及上肢的舞蹈样运动。肌肉MRI显示，内收肌的早期参与具有明显的特征，大腿前外侧间隔未受影响。这项报告扩展了临床和放射学表现，并且据我们所知，这是来自印度的第一份关于MICU相关MPXPS的报告[5]。

在一项关于卵巢癌的研究中，研究人员发现MICU1是一种线粒体内膜蛋白，它抑制线粒体钙离子的进入；许多癌症（包括卵巢癌）的MICU1表达升高。MICU1诱导糖酵解和化疗耐药性，并与不良的临床结果相关。然而，目前还没有可用的干预措施来正常化异常的MICU1表达。在这里，他们证明microRNA-195-5p（miR-195）直接靶向MICU1 mRNA的3'UTR，并抑制MICU1的表达。此外，miR-195在卵巢癌细胞系中表达不足，恢复miR-195的表达可以恢复MICU1的水平和相关的表型。在卵巢癌的人异种移植模型中稳定表达miR-195显著降低了肿瘤生长，增加了肿瘤倍增时间，并提高了总体生存率。总之，miR-195控制卵巢癌中的MICU1水平，可以用来正常化异常的MICU1表达，从而逆转糖酵解和化疗耐药性，并最终改善患者的结果[6]。

在一项关于心脏肥大的研究中，研究人员发现线粒体钙摄取1（MICU1）是维持线粒体稳态的关键分子，特别是在应激条件下。然而，尚不清楚MICU1是否可以减轻血管紧张素II（Ang-II）诱导的心脏肥大中的线粒体应激，或者它是否在褪黑素的功能中发挥作用。在这里，他们通过将针对MICU1的小干扰RNA或编码MICU1的腺病毒载体质粒递送到小鼠的左心室或与新生小鼠心室心肌细胞（NMVMs）孵育48小时来研究。在肥厚的心肌中，MICU1的表达受到抑制，而MICU1的敲除加剧了Ang-II诱导的心脏肥大，无论是在体内还是体外。相反，MICU1的上调降低了心肌细胞对肥厚应激的敏感性。Ang-II的给药，特别是在MICU1敲除的NMVMs中，导致ROS过度负荷、线粒体形态改变和线粒体功能抑制，所有这些都被MICU1补充所逆转。此外，过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂1-α（PGC-1α）/MICU1在肥厚心肌中的表达随着褪黑素的使用而增加。褪黑素减轻了过度的ROS生成，促进了线粒体功能，并减轻了对照组但不是MICU1敲除的NMVMs或小鼠的心脏肥大。总的来说，他们的结果表明，MICU1通过抑制线粒体来源的氧化应激来减轻Ang-II诱导的心脏肥大。MICU1的激活可能是褪黑素诱导的心肌肥大保护作用的机制[7]。

在一项关于线粒体钙单通道的研究中，研究人员发现MICU1和MICU2在调节线粒体钙单通道中起着非冗余的作用。线粒体单通道是一个选择性Ca(2+)通道，受MICU1调节，MICU1是细胞器间隙中含EF手的蛋白质。MICU1与一个同源基因MICU2在物理上相关联，并且共同表达。为了阐明MICU1的功能及其与MICU2的关系，他们使用了基因敲除（KO）技术。他们报告说，缺乏MICU1或MICU2的HEK-293T细胞失去了正常的Ca(2+)摄入阈值，将MICU1的已知门控功能扩展到MICU2。表达缺乏功能性Ca(2+)结合位点的MICU1或MICU2突变体导致Ca(2+)摄取的显著丧失，表明MICU1/2在[Ca(2+)]阈值上升时抑制通道。MICU2的活性和与孔的物理关联需要MICU1的存在，尽管反之则不然。他们得出结论，MICU1和MICU2是非冗余的，并且共同设置了单通道活动的[Ca(2+)]阈值[8]。

在一项关于线粒体钙单通道的研究中，研究人员发现MICU1通过线粒体钙离子依赖性抗氧化反应减轻糖尿病性心肌病。糖尿病性心肌病是糖尿病患者死亡的主要原因，但目前还没有预防或治疗糖尿病性心肌病的具体策略。MICU1是线粒体钙离子摄取的关键调节因子，在调节线粒体氧化磷酸化和氧化还原平衡中发挥着重要作用。到目前为止，尚未研究MICU1在糖尿病心脏中的意义。在这里，他们证明在db/db小鼠的心脏中，MICU1下调，这导致糖尿病心肌病中的心肌细胞凋亡。重要的是，糖尿病心脏中MICU1的重建显著抑制了糖尿病性心肌病的发展，正如db/db小鼠中增强的心脏功能和减少的心脏肥大和心肌纤维化所证明的那样。此外，他们的体外数据表明，MICU1的重建通过增加线粒体钙离子摄取并随后激活抗氧化系统，抑制了高葡萄糖和高脂肪诱导的心肌细胞凋亡。最后，他们的结果表明，高血糖和高血脂通过抑制糖尿病心肌细胞中的Sp1表达导致MICU1的下调。总的来说，他们的研究为MICU1在糖尿病db/db小鼠中保持心脏功能提供了直接证据，表明增加MICU1的表达或活性可能是改善糖尿病心肌病的药物方法[9]。

在一项关于线粒体钙单通道的研究中，研究人员发现MICU1通过MCU依赖性锰毒性提供保护。线粒体钙单通道是一种高度选择性的离子通道，由物种和组织特异性的亚基组成。然而，每个成分的功能作用仍然不清楚。在这里，他们建立了一种合成生物学方法来解析孔形成亚基MCU和钙感应调节因子MICU1之间的相互依赖性。247个真核生物中的相关进化模式表明，它们的共同出现可能赋予了一个积极的适应性优势。他们发现，尽管在酵母中异源重构MCU和EMRE增强了锰应激，但通过共表达MICU1可以防止这种情况。因此，MICU1的缺失通过抑制MCU介导的锰摄取使人类细胞对锰依赖性细胞死亡敏感。因此，锰过载增加了氧化应激，这可以通过NAC治疗有效地预防。他们的研究确定了MICU1对单通道选择性的关键贡献，这对MICU1缺乏症患者以及慢性锰暴露引起的神经退行性疾病具有重要意义[10]。

综上所述，MICU1是一种重要的线粒体蛋白，与线粒体钙摄取通道复合体（MCU复合体）密切相关。MICU1在调节线粒体钙离子稳态中起着关键作用，影响细胞功能和细胞存活。MICU1的功能障碍与多种疾病的发生发展有关，包括神经肌肉疾病、年龄相关的炎症、运动障碍和癌症。此外，MICU1的调节机制和功能作用仍然需要进一步的研究来阐明。