Lsm10-KO 基因敲除小鼠

Lsm10是一种在真核生物中广泛表达的蛋白质，属于LSM家族。LSM家族成员在RNA加工和修饰中发挥着重要作用，Lsm10也不例外。Lsm10与另一种LSM家族成员Lsm11共同构成了U7小核核糖核蛋白（U7 snRNP）的核心部分，参与复制依赖性组蛋白mRNA的3'-端加工。

在组蛋白基因的转录和后转录调控中，Lsm10发挥着重要作用。正常情况下，组蛋白基因的转录在细胞周期的S期被激活，并在S期结束时被抑制。Lsm10是U7 snRNP的一部分，而U7 snRNP负责组蛋白mRNA的3'-端加工，确保组蛋白mRNA在S期特异性的基因表达[4]。U7 snRNP通过在组蛋白mRNA的3'-端形成保守的茎环结构，从而避免了组蛋白mRNA的poly(A)化。U7 snRNP的这一功能对于维持细胞周期的正常进行至关重要，因为组蛋白的合成必须与DNA复制同步进行[7]。

除了在组蛋白mRNA的3'-端加工中发挥作用外，Lsm10还在神经肌肉接头（NMJ）的完整性中发挥着重要作用。SMN蛋白是SMA疾病决定因子，它在U7 snRNP的组装中起关键作用。Lsm10和Lsm11蛋白的共表达可以增强U7 snRNP的组装，纠正组蛋白mRNA的加工缺陷，并挽救SMA小鼠中神经肌肉病理学的关键结构和功能异常，包括NMJ去神经支配、突触传递减少和骨骼肌萎缩[1]。此外，U7 snRNP功能障碍会导致选择性丢失在SMA小鼠中易受影响的肌肉的NMJ处的突触组织蛋白Agrin，这表明U7 snRNP功能障碍对SMA中的神经肌肉病理学有直接的贡献[1]。

Lsm10在正常细胞和胚胎干细胞中也有重要作用。在正常细胞中，组蛋白基因的表达是在转录起始和随后的3'-端加工水平上控制的。转录是在G1/S期转换时由Cyclin E/CDK2介导的p220(NPAT)/HiNF-P复合物的诱导在亚核区域中进行的，这些区域称为组蛋白定位体（HLBs）。组蛋白mRNA的成熟是由包含Lsm10的U7 snRNP复合物介导的。在正常的体细胞和胚胎干细胞中，6p组蛋白位点、转录标记p220(NPAT)和3'-端加工标记Lsm10（而不是Cajal体标记coilin）共定位，反映了组蛋白基因表达的综合工厂的组装[2]。在人类胚胎干细胞（hES）细胞中，组蛋白基因的表达是通过组蛋白基因位点上控制转录起始（如p220(NPAT)）和3'-端加工（如Lsm10、Lsm11和SLBP）的调节复合物的分阶段组装和修饰来支持的。这些调节复合物共定位在专门的亚核焦点（组蛋白定位体）上，这些焦点与Cajal体不同。尽管CDK2磷酸化的p220(NPAT)在这些区域中在S期进入时出现，但组蛋白定位体在胚胎细胞中在S期前约1到2小时形成，而在体细胞中在S期前约6小时形成。这些组蛋白定位体形成的时间差异表明，hES细胞中细胞周期的G1期是简短的，部分是由于晚期G1的收缩[5]。

Lsm10在细胞周期调控中也发挥作用。在细胞周期停滞的细胞中，U7 snRNP具有抑制组蛋白基因转录的独特功能。用反义寡核苷酸消除HeLa细胞和非转化的人肺成纤维细胞中的U7 snRNA导致复制依赖性H1、H2A、H2B、H3和H4组蛋白mRNA水平升高，但复制非依赖性H3F3B组蛋白mRNA水平没有升高。用siRNA敲除Lsm10（U7 snRNP特异的Sm环的组成部分）也观察到类似的效果。脉冲追踪实验表明，U7 snRNP通过抑制转录而不显著改变mRNA稳定性来发挥作用。质谱分析从HeLa细胞提取物中捕获的U7 snRNP鉴定了hnRNP UL1作为U7 snRNP的相互作用伙伴。进一步的敲除和过表达实验表明，hnRNP UL1负责U7 snRNP依赖的复制依赖性组蛋白基因的转录抑制。染色质免疫沉淀证实，只有在U7 snRNP存在的情况下，hnRNP UL1才会被招募到组蛋白基因位点。这些发现支持了一种独特的snRNP介导的转录控制机制，该机制将组蛋白的合成限制在S期，从而防止在细胞周期的其他时间进行组蛋白合成可能产生的潜在毒性效应[4]。

Lsm10还在发育中发挥重要作用。在果蝇中，Lsm10和Lsm11的突变会破坏正常的组蛋白前mRNA加工，导致产生poly(A)+组蛋白mRNA，这是由于转录通过每个组蛋白基因下游存在的隐蔽poly(A)化位点。这一分子表型与我们之前描述的U7 snRNA突变表型无法区分。Lsm10蛋白在Lsm11突变体中无法积累，这表明Lsm10-Lsm11二聚体池为U7 snRNP组装提供了前体。出乎意料的是，U7 snRNA在Lsm11和Lsm1突变体中被检测到，并且可以用抗三甲基鸟苷抗体沉淀，这表明在没有Lsm10和Lsm11的情况下，它可以组装成一个snRNP颗粒。然而，这种U7 snRNA在组蛋白定位体上无法检测到，这表明Lsm10和Lsm11对于U7 snRNP的定位是必需的。与U7 snRNA-null突变体不同，Lsm10和Lsm11突变体不能存活到成年期。因为我们无法在Lsm10或Lsm11和U7突变体之间检测到组蛋白mRNA表型的差异，我们提出不同的末端发育表型是由于Lsm10和Lsm11参与了一个与组蛋白前mRNA加工不同的基本功能，并且与U7 snRNA独立[3]。

Lsm10在肿瘤中也发挥作用。LSM家族成员在多种恶性肿瘤中发挥重要作用。 LSM家族成员在肝细胞癌中的表达显著与较差的临床结果相关，如TNM分期更高、组织学分级更晚和预后更差。基于LSM5、LSM10、LSM12和LSM14B的风险评分系统对肝细胞癌患者的总生存期具有可靠的预测能力。功能富集分析表明，过表达的LSM家族成员都参与细胞周期相关的生物学过程。此外，LSM12、LSM14A和LSM14B被发现与PI3K-Akt-mTOR和T细胞受体信号通路显著相关。 LSM12、LSM14A和LSM14B过表达的肿瘤表现出活化的CD8+ T细胞的浸润减少，细胞毒性活性下降和免疫评分下降，但Th2细胞的浸润增加和Th2/Th1比例升高。 LSM12、LSM14A和LSM14B过表达还与更高的肿瘤相关免疫检查点（如PD-L1、B7-H3和PVR）表达和免疫检查点阻断（ICB）治疗不敏感相关。此外，敲低LSM12、LSM14A和LSM14B显著抑制了肝细胞癌细胞的增殖和侵袭。这项研究系统地调查了LSM家族成员在肝细胞癌中的表达模式和生物学价值，并将LSM家族成员确定为肝细胞癌的新型治疗靶点[6]。

综上所述，Lsm10是一种重要的LSM家族成员，在RNA加工、神经肌肉接头的完整性、细胞周期调控、发育和肿瘤发生中发挥着重要作用。Lsm10的研究有助于深入理解组蛋白基因表达调控的机制，以及其在神经肌肉疾病和肿瘤发生中的作用。