Cdc42-KO 基因敲除小鼠

Cdc42，全称为细胞分裂周期42，是一种小分子GTP酶，属于Rho家族，参与调控多种细胞过程，包括细胞骨架重塑、细胞周期进展、细胞极性和转录。Cdc42在多种细胞类型中发挥重要作用，其功能失调与多种疾病的发生发展密切相关。

在结肠直肠癌（CRC）中，Cdc42的表达水平升高，提示其可能参与肿瘤的发生发展。然而，目前尚无明确的研究表明Cdc42基因在CRC样本中存在突变或拷贝数改变。为了了解Cdc42基因的突变/缺失和拷贝数状态，研究人员对CRC患者进行了评估。研究发现，与Cdc42突变相比，单核苷酸变异更为常见。Cdc42基因侧翼区域的分析显示，58.7%的患者存在杂合性丢失（LOH），14.8%的患者存在微卫星不稳定性。LOH比例最高的区域位于微卫星标记D1S199和D1S2674之间，该区域包含Cdc42基因。此外，Cdc42基因低剂量与Cdc42蛋白功能障碍之间没有关联[1]。

Cdc42基因在染色体上的组织结构以及假基因的存在已被研究。Schwartz-Jampel综合征（SJS）是一种常染色体隐性遗传疾病，表现为肌强直和骨关节畸形。CDC42基因曾被定位在SJS1基因的临界区间内，但随后研究发现CDC42基因并非SJS1基因。有趣的是，研究人员发现一个位于染色体4上的CDC42类似转录基因，不含内含子，与胎盘亚型相似，提示其可能是一个加工过的假基因[2]。

Cdc42在细胞迁移和增殖中发挥重要作用。基因敲除实验表明，Cdc42缺失的细胞在由缓激肽和血小板衍生生长因子（PDGF）刺激的丝状伪足形成和背膜皱褶形成方面存在缺陷。此外，Cdc42缺失或活性过高的细胞在纤维连接蛋白的粘附、伤口愈合、极性建立和向血清梯度迁移方面也存在缺陷。这些缺陷与PAK1、GSK3β、肌球蛋白轻链和FAK的磷酸化不足有关。Cdc42缺失的细胞在G1/S期转变和存活方面也存在缺陷，这与NF-κB转录缺陷以及JNK、p70 S6K和ERK1/2激活缺陷有关。这些结果表明，Cdc42在原代小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中发挥细胞类型特异性的信号传导作用[3]。

Cdc42在Ras介导的转化、肿瘤形成和维持中发挥重要作用。Ras原癌基因是人类癌症中最常发生突变的基因之一。然而，针对异常Ras信号传导的治疗尝试尚未取得满意的效果。为了明确Cdc42在Ras介导的转化中的作用，研究人员开发了一种条件性cdc42基因模型。Cdc42的缺失会显著改变Ras转化细胞的形态，并抑制其增殖、细胞周期进展和肿瘤发生能力，而对非转化细胞或c-Myc转化细胞的影响较小。Cdc42的缺失导致Akt信号传导减少，恢复Akt信号传导可以部分挽救Cdc42缺失导致的增殖缺陷。此外，Cdc42功能的破坏可以抑制已建立肿瘤的生长。这些研究表明，Cdc42参与Ras驱动的肿瘤生长，提示靶向Cdc42可能对Ras介导的恶性肿瘤有益[4]。

Cdc42在侵袭和肿瘤发生中也发挥重要作用。Rho家族GTP酶是一类与Ras相关的信号分子，在癌症中经常失调。Rho GTP酶在细胞骨架重组、细胞周期进展、细胞极性和转录等方面发挥重要作用。Cdc42是Rho家族成员之一，在多种人类癌症中过度表达。与Cdc42促进肿瘤发生的作用一致，Cdc42的激活突变和鸟嘌呤核苷酸交换因子与转化有关，而Cdc42活性的抑制可以抑制细胞转化。此外，Cdc42活性与肿瘤侵袭性表型有关，进一步表明Cdc42可能是一个有价值的治疗靶点。然而，小鼠研究揭示了Cdc42在一些组织类型中具有潜在的肿瘤抑制功能，这可能涉及细胞极性的维持，表明Cdc42在癌症发展中的作用复杂且可能具有细胞类型特异性[7]。

Cdc42作为表观遗传调节因子，在乳腺癌中也发挥重要作用。三阴性乳腺癌（TNBC）是一种侵袭性强、预后差的乳腺癌亚型。ID4是一种在TNBC中过度表达的基因，作为癌基因负责其许多侵袭性特征。Cdc42是一种质膜相关的小GTP酶，可以通过其启动子区域的超甲基化下调ID4基因表达。研究发现，Cdc42的表达与TNBC中ID4的表达呈负相关，而与ID4的甲基化呈正相关。体外实验表明，Cdc42的过表达通过激活EZH2途径诱导ID4的甲基化。ID4沉默导致BRCA1表达增加和细胞表型变得更加温和。这些结果表明，Cdc42通过甲基化沉默ID4在三阴性乳腺癌中发挥作用[5]。

Cdc42通过其效应蛋白Borg家族在细胞形态、定向迁移和分化等过程中发挥作用。Borg（Rho GTP酶结合蛋白）家族包括Cdc42EP1-5，是一组Cdc42效应蛋白，其结构和功能尚不明确。Borg蛋白参与细胞骨架重塑和信号传导，与重要的生理和病理过程相关，如血管生成、神经传递和癌症相关结缔组织增生。近年来，一些研究发现Borg蛋白在细胞形态、定向迁移和分化等方面发挥重要作用，这直接将Borg蛋白与重要的生理和病理过程联系起来[6]。

Cdc42在转录调控方面也发挥重要作用。在结直肠癌中，Cdc42是一种致癌Rho GTP酶，其过度表达已被证实。虽然Cdc42已被证明可以调节基因转录，但其致癌作用的分子机制尚不清楚。研究发现，Cdc42在结直肠癌SW620细胞系中调节多个与癌症相关的信号通路，包括细胞迁移和细胞增殖。此外，Cdc42的转录特征在两个大型CRC患者队列中得到了验证，其临床意义也得到了研究。研究结果表明，Cdc42介导的CACNA2D2沉默在临床上是相关的。这些结果表明，Cdc42在CRC中发挥致癌作用，通过转录调节多个癌症相关通路，并支持使用针对Cdc42的特异性抑制剂治疗侵袭性CRC[8]。

综上所述，Cdc42作为一种重要的Rho家族GTP酶，在多种细胞过程中发挥关键作用。Cdc42在肿瘤发生、侵袭和转移中具有重要作用，可能成为有价值的治疗靶点。然而，Cdc42在癌症发展中的作用复杂且可能具有细胞类型特异性，需要进一步研究以阐明其具体机制和临床应用价值。