Cdk9-KO 基因敲除小鼠

基因Cdk9，也称为细胞周期依赖性激酶9，是一种重要的细胞周期调控因子，在真核生物的转录调控中发挥着关键作用。Cdk9是正转录延伸因子b（P-TEFb）的激酶成分，负责释放启动子附近的RNA聚合酶II（RNAPII）进入基因体内，控制RNAPII进入有效延伸，对高效合成全长信使RNA（mRNA）至关重要。近年来，参与P-TEFb依赖过程的新参与者已被识别，Cdk9在协调延伸与转录启动和终止方面的作用已得到揭示。Cdk9在基因表达调控中的调节功能不断扩大，与多种人类病理学，包括癌症，都已被发现与Cdk9的异常活性相关[6]。因此，正确调节Cdk9对于维持基因表达的平衡和防止疾病的发生至关重要。

Cdk9在转录调控中的作用受到多种因素的影响。例如，蛋白质磷酸酶2A（PP2A）复合物被整合子复合物亚单位INTS6募集到转录位点，动态地与CDK9介导的RNAPII驱动的转录相拮抗。PP2A通过拮抗关键CDK9底物（包括DSIF和RNAPII-CTD）的磷酸化来调控基因表达。INTS6的缺失导致了对CDK9抑制的抗性，降低了CDK9磷酸化底物的周转率，并增强了急性致癌转录反应。药理学的PP2A激活与CDK9抑制协同作用，可以杀死白血病和实体瘤细胞，在体内提供治疗效果。这些数据表明，基因表达的精细调控依赖于转录周期中激酶和磷酸酶活性的平衡，这一过程在癌症中失调，可以利用治疗[1]。

转录体在真核细胞中是基因表达的标志，转录体的定位在转录调控中也起着重要作用。研究表明，破坏两个显著的转录体形成会导致数百个基因的失调，包括上调的基因。这些基因具有可接近的染色质，并在两个转录体存在的情况下准备好被转录，但它们没有进入延伸。活细胞成像显示，破坏这两个大的转录体会使这些准备好的基因在异位转录体中被转录，这表明大的转录体隔离了一个暂停释放因子。支持这一假设的是，发现CDK9（释放暂停的聚合酶II的激酶）在两个大的转录体中高度富集。在野生型胚胎中过表达CDK9会导致异位转录体的形成，从而复制了移除两个大转录体的效果。这些结果表明，转录体通过隔离机制调节转录，从而防止核中其他地方的基因被转录[2]。

转录延伸控制对发育基因表达、衰老和疾病至关重要。转录延伸是基因表达调控的关键环节，其失调与发育缺陷、疾病和衰老过程相关。研究表明，CDK9抑制可以导致表观遗传重编程，揭示克服淋巴瘤中耐药性的策略。CDK9抑制导致了快速变化的转录组和蛋白质组，下调了多种致癌蛋白（如MYC、Mcl-1、JunB、PIM3）和磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）和衰老途径的失调。在RNAPII暂停导致初始转录抑制之后，观察到包括MYC和PIM3在内的几个致癌基因的转录恢复。ATAC-Seq和ChIP-Seq实验表明，CDK9抑制导致了染色质可及性的双向变化，抑制了启动子激活，并导致了超级增强子景观的持续重编程。CRISPR库筛选表明，Mediator复合物中的SE相关基因以及AKT1赋予了CDK9抑制的抵抗力。与这些发现一致的是，sgRNA介导的MED12敲除使细胞对CDK9抑制敏感。我们的机制研究结果使我们能够将AZD4573与PIM激酶或PI3K抑制剂相结合。这两种组合都降低了DLBCL和原代淋巴瘤细胞在体外的增殖，并诱导了凋亡，同时在体内导致DLBCL移植小鼠的肿瘤进展延迟和生存期延长。因此，CDK9抑制导致了表观遗传景观的重编程，超级增强子驱动的选择致癌基因的恢复可能有助于克服对CDK9抑制的耐药性。PIM和PI3K代表了克服DLBCL中CDK9抑制耐药性的潜在靶点[3]。

BET溴域蛋白作为主转录延伸因子发挥作用，独立于CDK9募集。研究表明，BET降解会导致全球延伸的崩溃，这与CDK9抑制的表型相似。与溴域抑制对转录的选择性影响不同，BET降解提示了全球延伸的崩溃，这与CDK9抑制的表型相似。值得注意的是，BRD4缺失并不直接影响CDK9的定位。这些在T细胞白血病转化模型中进行的研究为BET溴域降解作为癌症治疗的发展提供了基于机制的合理性[4]。

CDK7和CDK9抑制干扰了转录、翻译和干性，并诱导了胶质母细胞瘤（GBM）的细胞毒性，不受替莫唑胺敏感性的影响。CDK7和CDK9抑制剂抑制了替莫唑胺敏感和耐药GBM细胞和GSCs的活力，在体内具有有限的细胞毒性。抑制剂消除了RNA Pol II和p70S6K的磷酸化，并抑制了新生蛋白质合成。此外，GSCs的自我更新显著减少，Sox2和Sox9水平相应降低。TCGA数据分析表明，GBM中CDK7、CDK9、SOX2、SOX9和RPS6KB1的表达增加；支持这一点的是，多光谱成像的TMA揭示了与正常大脑相比，GBM中CDK9、Sox2、Sox9、磷酸化S6和磷酸化p70S6K水平的增加。RNA-Seq结果表明，抑制剂抑制了肿瘤促进基因，同时诱导了肿瘤抑制基因。此外，对皮下和正位GBM肿瘤异种移植模型的研究表明，CDK9抑制剂在体内显著抑制了肿瘤生长。我们的结果表明，CDK7和CDK9靶向治疗可能对替莫唑胺敏感和耐药GBM有效[5]。

CDK9在维持基因表达的平衡和防止疾病的发生中发挥着重要作用。Cdk9在转录调控中的作用受到多种因素的影响，包括PP2A复合物、转录体、表观遗传重编程和BET溴域蛋白等。Cdk9的异常活性与多种人类病理学，包括癌症，都已被发现相关。因此，Cdk9是一个重要的治疗靶点，针对Cdk9的靶向治疗可能为癌症等疾病的治疗提供新的思路和策略。