Rpl3l-flox 基因敲除小鼠

基因Rpl3l，也称为RPL3L，是一种心脏和骨骼肌特异性核糖体蛋白，与更为普遍表达的RPL3蛋白是同源基因。在哺乳动物的心脏中，RPL3L发挥着重要的生物学功能，其突变与儿童心肌病和年龄相关的房颤有关。RPL3L在心脏发育和功能维持中扮演着关键角色，但其具体功能尚不完全清楚。

在心脏发育过程中，出生时的心脏表达RPL3，而在成年后逐渐被RPL3L所取代。然而，在成年期诱导肥大时，RPL3会被重新表达。为了研究RPL3L基因在心脏中的作用，研究人员生成了Rpl3l基因缺失小鼠。然而，这些小鼠在基线或压力超负荷肥大后并没有显示出心脏结构和功能上的明显变化。这可能是因为RPL3的表达在成年期上调并得到维持。mRNA表达分析和核糖体分析均未能显示成年期Rpl3l敲除小鼠与野生型小鼠的心脏之间存在差异。此外，缺乏RPL3L的核糖体在心肌细胞内的定位与野生型对照相比没有差异，成年期Rpl3l敲除小鼠的心脏组织超微结构和线粒体功能也没有发生改变。同样，在小鼠心脏中过表达RPL3或RPL3L没有导致明显的病理变化。然而，到18个月大时，Rpl3l敲除小鼠的心脏重量明显小于野生型同窝小鼠。这些结果表明，Rpl3l的缺失迫使心脏维持RPL3的表达，这似乎可以完全补偿RPL3L的缺失，尽管年龄较大的Rpl3l敲除小鼠的心脏重量有所下降[1]。

RPL3L基因的突变与扩张型心肌病（DCM）有关，这是一种罕见的心脏疾病，导致严重的心肌病，未经治疗的患者在新生儿期快速进展到心脏失代偿和死亡。RPL3L基因编码的60S核糖体蛋白在骨骼肌和心脏中特异性表达，在肌母细胞生长和融合中发挥重要作用。之前的研究只将DCM与RPL3L基因中的小片段重复和七个核苷酸替换相关联。本研究报道了一例31天大的中国婴儿患者，患有严重的扩张型心肌病（DCM）和快速失代偿，以及其他心脏畸形。除了之前报道的临床特征外，患者还出现了偶发房性早搏和一度房室传导阻滞等之前未报道的并发症。全外显子测序（WES）显示RPL3L（NM_005061.3）基因存在复合杂合变异（c.80G>A（p.Gly27Asp）和c.1074dupA（p.Ala359fs*6））。后者是一种新的变异，可能导致蛋白质产量的显著减少，提示其为一种功能缺失突变。这是中国首次报道与RPL3L相关的婴儿扩张型心肌病病例。患者的分子确认扩展了CMD2D的基因谱，而患者DCM的临床表现提供了有关这种疾病的额外临床信息[2]。

自然发生的核糖体异质性现象现在已经被广泛认可，但是这种异质性是否导致具有不同功能的“特化核糖体”仍然是一个有争议的话题。本研究通过生成一种可存活的双倍体Rpl3l敲除小鼠品系，探索了RPL3L（uL3L）的生物学功能，它是RPL3（uL3）核糖体蛋白的同源基因，仅在骨骼肌和心脏组织中特异性表达。我们发现了一种补偿机制，即当RPL3L耗尽时，RPL3的表达上调，产生包含RPL3的核糖体，而不是通常在心肌细胞中发现的包含RPL3L的核糖体。使用核糖体分析（Ribo-seq）和一种新的正交方法，即核糖体沉淀结合纳米孔测序（Nano-TRAP），我们发现RPL3L并不调节翻译效率或核糖体对特定转录本的亲和力。相反，我们发现RPL3L的耗尽导致心肌细胞中核糖体与线粒体相互作用增加，这伴随着ATP水平的显著增加，可能是由于线粒体活性的微调。我们的结果表明，组织特异性核糖体蛋白同源基因的存在并不一定导致特定转录本翻译增强或翻译输出调节。相反，我们揭示了一个复杂的细胞环境，其中RPL3L调节RPL3的表达，进而影响核糖体的亚细胞定位，最终影响线粒体活性。核糖体是所有生物体中负责蛋白质合成的巨分子机器。最近的研究表明，核糖体在其结构上可能存在异质性，可能导致特化功能。在这里，我们关注RPL3L，这是一种仅在横纹肌中表达的核糖体蛋白。我们发现，在Rpl3l基因敲除的小鼠模型中，缺失的RPL3L蛋白被其同源基因RPL3所取代。此外，我们发现包含RPL3的核糖体与负责能量产生的细胞器——线粒体建立了更紧密的相互作用，与包含RPL3L的核糖体相比，导致能量产生更高。最后，我们表明，在心脏疾病条件下，如肥大和心肌梗死，也会触发RPL3-RPL3L的补偿机制[3]。

鸡的出生体重并不显著影响屠宰体重，而出生后不同的生长速度是屠宰体重差异的一个重要原因。此外，鸡出生后骨骼肌重量的增加是屠宰体重增加的主要原因，但是参与这一生物学过程的基因尚不清楚。本研究通过整合公共数据库中包含不同发育时间鸡肌肉或不同鸡组织的四个转录组数据集，获得了可能与鸡出生后肌肉发育相关的九个候选基因，包括RPL3L、FBP2、ASB4、ASB15、CKMT2、PGAM1、YIPF7、PFKM和LDHA。其中一个候选基因是RPL3L，其42bp插入/缺失（indel）突变与兴化鸡与白羽肉鸡（WRR）杂交的F2资源群体中的多个胴体性状显著相关，包括活重、胴体重、半净膛重、净膛重、胸肉重、翅膀重、