Elp3-flox 基因敲除小鼠

Elp3，也称为Elongator complex subunit 3，是Elongator复合物的一个催化亚基，Elongator复合物是一种广泛存在于真核生物中的蛋白质复合物，主要参与RNA的转录、加工和修饰等过程。Elp3的功能包括修饰tRNA，特别是tRNA中位于摇摆位点的尿苷酸U34，这种修饰对于tRNA的正确折叠和功能至关重要。此外，Elp3还参与组蛋白的乙酰化修饰，影响基因的表达和调控。Elp3的表达和功能在多种生物学过程中发挥重要作用，包括细胞增殖、分化、发育和疾病发生等。

在巨噬细胞极化过程中，Elp3的表达和功能发挥重要作用。巨噬细胞极化是指巨噬细胞在不同信号刺激下，获得不同的效应状态（M1或M2），以执行多种功能。研究表明，Elp3的表达受M1和M2激活信号的影响。在经典M1激活信号的作用下，Elp3的表达下调，通过FoxO1磷酸化限制促炎细胞因子的产生，并减轻小鼠实验性结肠炎。相反，M2激活信号通过PI3K和STAT6依赖的信号通路上调Elp3的表达。M2巨噬细胞极化相关的代谢重编程依赖于Elp3和多个候选基因的翻译，包括线粒体核糖体大亚基蛋白Mrpl3、Mrpl13和Mrpl47。Elp3通过促进其激活剂Ric8b的翻译，以密码子依赖的方式调节mTORC2的激活。此外，Elp3在骨髓细胞中的表达进一步促进Wnt驱动的肠道肿瘤发生，通过维持具有M2特征的肿瘤相关巨噬细胞的池[1]。

Elp3在肿瘤发生中也发挥重要作用。研究表明，Elp3通过稳定c-Myc蛋白来促进肿瘤发生，这种作用与Elp3的乙酰转移酶活性无关。Elp3与E3连接酶FBXW7β竞争结合c-Myc，抑制FBXW7β介导的c-Myc泛素化和蛋白酶体降解。Elp3敲低降低了糖酵解和谷氨酰胺代谢，显著抑制细胞增殖和异种移植生长，这种作用可以通过恢复c-Myc的表达来挽救。此外，Elp3和c-Myc在结直肠癌和肝细胞癌中过表达，并呈正相关。这些结果表明，Elp3通过稳定c-Myc来促进肿瘤发生，抑制Elp3可能是治疗c-Myc驱动型癌症的潜在策略[2]。

Elp3在胚胎干细胞维持和早期发育中也发挥重要作用。Elp3在囊胚和E10.5胚胎中广泛存在，并在ESC分化过程中表达上调。ESC中Elp3的耗竭导致细胞周期进程异常，多能性基因表达降低。Elp3敲除（KO）胚胎表现出严重的生长迟缓，无法发育超过E12.5。这些结果表明，Elp3在ESC的生存、分化和胚胎发育中发挥不可或缺的作用[6]。

此外，Elp3还在Drosophila melanogaster幼虫发育和免疫中发挥重要作用。Elp3基因的缺失导致幼虫在蛹阶段死亡。在早期发育过程中，幼虫生长显著受损，进入第三龄期延迟约24小时，仅在产卵后第14天发生蛹化。黑素性结节在4天后出现。微阵列分析显示，应激反应基因被诱导，而蜕皮甾酮诱导的转录因子受到严重抑制。Elp3突变体的表型与缺乏编码SWI/SNF样ATP依赖性染色质重塑酶的domino基因的突变体的表型相似。这些数据表明，Drosophila Elp3对存活、正常发育和造血至关重要，并提示其功能与染色质重塑因子Domino存在功能重叠[7]。

Elp3在细胞死亡中也发挥重要作用。研究表明，RB1CC1的核转位对于肿瘤细胞对铁死亡的敏感性至关重要。在铁死亡诱导下，具有叉头框（FOX）结合基序的核RB1CC1招募延伸子乙酰转移酶复合物亚基3（ELP3）到与铁死亡相关的增强子中的H4K12Ac组蛋白修饰，从而刺激铁死亡相关基因（如螺旋-螺旋-螺旋-螺旋结构域3（CHCHD3））的转录，增强线粒体功能，在铁死亡诱导后早期升高线粒体ROS。FDA批准的JNK激活剂加强了RB1CC1的核转位，使细胞对铁死亡敏感，这强烈表明JNK位于RB1CC1的上游。RB1CC1的核定位与临床肺癌标本中的脂质过氧化相关。Rb1cc1对于铁死亡激动剂抑制小鼠肝肿瘤发生至关重要。这些发现表明，RB1CC1相关的信号通路使肿瘤细胞对铁死亡敏感，靶向RB1CC1可能对肿瘤治疗有益[3]。

Elp3在肠道肿瘤发生中也发挥重要作用。Elp3是Elongator复合物的催化亚基，对于Wnt驱动的肠道肿瘤发生和辐射诱导的再生至关重要，通过维持Lgr5(+)/Dclk1(+)/Sox9(+)细胞的子集。Elp3缺陷显著延迟了Apc突变肠道上皮中的肿瘤出现，并显著延长了小鼠的存活时间，而不会影响正常的上皮。在Lgr5(+)细胞中特异性消除Elp3导致在Apc失活后息肉形成的明显减少，部分原因是Lgr5(+)/Dclk1(+)/Sox9(+)细胞数量减少。机制上，Elp3被Wnt信号诱导，并促进Sox9的翻译，这对于维持Lgr5(+)/Dclk1(+)癌症干细胞亚群是必需的。因此，Elp3或Sox9耗竭导致体外类器官中Dclk1(+)癌症干细胞相似缺陷。最后，Elp3缺陷严重损害了辐射诱导的肠道再生，部分原因是Sox9蛋白水平降低。这些数据共同表明，Elp3在维持Lgr5衍生和Sox9表达的细胞亚群中发挥关键作用，这些细胞亚群对于在肠道中触发Wnt驱动的肿瘤发生至关重要[4]。

Elp3的乙酰转移酶被原癌基因间变性淋巴瘤激酶（ALK）磷酸化和调节。蛋白质赖氨酸乙酰化是主要的翻译后修饰之一，在哺乳动物组织中已鉴定出数千种乙酰化蛋白。机制研究表明，乙酰化在调节蛋白质功能中发挥重要作用。目前对乙酰转移酶自身的调节了解较少。研究发现，延伸蛋白3（ELP3）乙酰转移酶被酪氨酸磷酸化修饰。研究表明，间变性淋巴瘤激酶（ALK）是导致ELP3酪氨酸磷酸化的主要酪氨酸激酶。表达癌基因NPM-ALK融合蛋白的肿瘤细胞中ELP3被磷酸化。进一步鉴定 Tyr202 为ALK磷酸化的主要位点。重要的是，将Y202磷酸化突变ELP3引入ALK阳性肿瘤细胞中降低了细胞生长并损害了基因表达。总之，这项研究揭示了ELP3的一种新的调节机制，提供了一个乙酰转移酶本身可以被PTM调节的例子，并暗示了ALK阳性癌症治疗的一个潜在靶点[5]。

Elp3在乳腺癌的诊断中也可能作为一个潜在的生物标志物。研究表明，血清中的circELP3在乳腺癌患者中上调。与正常对照组相比，乳腺癌患者中circELP3的表达水平显著升高（p值=0.004）。另一方面，与正常对照组相比，乳腺癌患者血清中的circFAF1表达水平降低（p值=0.001）。ROC曲线结果显示，circELP3和circFAF1的曲线下面积（AUC）分别为0.733和0.787。此外，circELP3和circFAF1的敏感性分别为65%和64%，特异性分别为77%和74%。将两种circRNA合并提高了诊断效率，AUC、敏感性和特异性值分别为0.891、96%和62%。简而言之，我们的结果表明，包括circELP3和circFAF1在内的circRNA组合在检测乳腺癌中具有很高的诊断价值，可作为非侵入性标志物[8]。

Elp3的基因变异与运动神经元退行性变相关。肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种自发、不断进展的运动神经元疾病，通常在3年内导致呼吸衰竭死亡。SOD1和TARDBP基因的变异仅占病例的一小部分，其他基因在候选基因和全基因组研究中显示出相关性，但遗传原因仍然 largely unknown。两项独立平行研究表明，RNA聚合酶II成分ELP3在轴突生物学和神经元退行性变中发挥重要作用。在第一项研究中，对1884个微卫星标记进行了关联研究，ELP3的等位基因变异与1483人（P=1.96 x 10(-9)）中三个人类群体的ALS相关。在第二项研究中，在Drosophila中进行了基因突变筛选，以确定在神经元通讯和存活中发挥重要作用的基因，发现了两种不同的ELP3功能缺失突变（R475K和R456K）。此外，使用反义形态素在斑马鱼胚胎中下调ELP3蛋白水平导致剂量依赖性的运动轴突异常。在人类中，与ALS相关的ELP3基因型与脑ELP3表达减少相关（P=0.01）。这些发现增加了越来越多的证据，表明RNA处理途径在神经退行性变中发挥作用，并表明ELP3在神经元生物学和ELP3变异在ALS中的重要作用[9]。

综上所述，Elp3是一种重要的蛋白质，参与多种生物学过程，包括巨噬细胞极化、肿瘤发生、胚胎干细胞维持和早期发育、细胞死亡和疾病发生等。Elp3的功能和表达受多种信号通路和蛋白质的调节，包括M1和M2激活信号、Wnt信号、RB1CC1、ALK和c-Myc等。Elp3的异常表达和功能与多种疾病的发生和发展密切相关，包括结肠炎、癌症、铁死亡和神经退行性变等。因此，Elp3的研究对于深入理解其生物学功能和疾病发生机制，以及为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略具有重要意义。