智鼠故事 
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Ctsk-KO 基因敲除小鼠
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基本信息
基因研究概述
质控标准
基因
基因全称
cathepsin K
基因别称
MMS10-Q，Ms10q，catK
染色体号
Chr 3 (Mouse)
NCBI ID
转录本 ID
NCBI: NM_007802 | Ensembl: ENSMUST00000015664
修饰方式
全身性基因敲除
靶向范围
Exon 2~4
敲除长度
~2.1 kb
品系说明
该品系是基于策略设计时的数据库信息制作而成，建议您在购买前查询最新的数据库和相关文献，以获取最准确的表型信息。
表型提示
MGI:107823Mice homozygous for disruptions in this gene survive well and are fertile. They have osteopetrosis, reduced levels of thyroxine and increased pulmonary fibrosis.
Ctsk（Cathepsin K）基因编码的蛋白是溶酶体蛋白酶之一，主要在破骨细胞中表达，参与骨吸收和重塑过程。Ctsk基因在骨代谢、肿瘤发生发展、炎症反应等多种生物学过程中发挥着重要作用。近年来，Ctsk基因的研究受到了广泛关注。
在胃癌中，Ctsk基因的表达水平显著升高，其机制尚不明确。一项研究表明，Ctsk基因可能是胃癌的一个潜在预测生物标志物和免疫治疗靶点。通过分析胃癌患者肿瘤微环境中的基因表达谱和临床数据，研究人员发现Ctsk基因与胃癌的预后、肿瘤免疫微环境、免疫检查点和药物敏感性等密切相关。此外，基因集富集分析（GSEA）表明，Ctsk基因在胃癌的肿瘤微环境中发挥着潜在作用[1]。
在治疗骨质疏松方面，一项研究探讨了Ctsk基因多态性与绝经后中国女性对阿仑膦酸盐治疗的反应之间的关系。研究发现，Ctsk基因的rs12746973和rs10847位点多态性可能与阿仑膦酸盐治疗后腰椎骨密度（L1-4）、股骨颈和全髋关节骨密度的变化百分比相关。然而，这些关联在Bonferroni校正后并不显著。这表明Ctsk基因的常见变异可能与中国女性骨质疏松症对阿仑膦酸盐治疗的反应有关，但需要进一步验证[2]。
Ctsk基因在颅缝早闭症和颅骨矿化中也发挥着重要作用。研究发现，颅缝早闭症中颅骨干细胞的两种不同谱系，即Ctsk+干细胞和DDR2+干细胞，共同参与生理性颅骨矿化和病理性颅骨融合。Ctsk+干细胞中Twist1基因的缺失足以在小鼠中导致颅缝早闭症，但融合部位却表现出Ctsk+干细胞的减少和DDR2+干细胞的相应增加。这些结果表明，Ctsk+干细胞和DDR2+干细胞在颅缝早闭症和颅骨矿化中发挥着重要作用[3]。
在前列腺癌中，研究人员发现Ctsk基因表达阳性的成纤维细胞（CAF）亚型（CTSK+MRC2+CAF-C1）与抗原呈递和处理相关。Ctsk+MRC2+CAF-C1细胞与上皮细胞和T细胞之间存在配体-受体连接，并且与炎症性CAF密切相关。基于Ctsk+MRC2+CAF-C1和NoneAPP-CAF-C2亚组的差异基因表达分析，研究人员鉴定了55个显著的差异表达基因，即抗原呈递和处理相关CAF基因（APPCAFRGs）。基于APPCAFRGs的表达谱，研究人员将TCGA-PRAD队列分为两个聚类，并开发了基于四个潜在APPCAFRGs的预后特征，可用于预测PRAD患者的生化复发发生[4]。
此外，Ctsk基因表达阳性的腱源性祖细胞（TDPCs）在异位骨化（HO）的发生发展中起着关键作用。研究发现，Ctsk-Cre表达细胞中抑制因子融合（Sufu）的缺失导致自发性进行性韧带、肌腱和关节周围骨化。Ctsk-Cre可以标记腱源性祖细胞的一个亚群，这些细胞表达腱标志物Scleraxis（Scx）。Sufu缺乏通过上调Hedgehog（Hh）信号通路，导致Ctsk-Cre表达腱源性细胞增强软骨生成和成骨分化。进一步研究发现，使用JQ1对Hh信号通路进行药理干预可以抑制HO的发展[5]。
在杜氏肌营养不良症（DMD）小鼠模型中，空间转录组学揭示了肌肉组织病理学变化的相关基因表达特征。研究发现，肌肉再生区域特异性基因（Myl4、Sparc、Hspg2）、纤维化区域特异性基因（Vim、Fn1、Thbs4）和钙化区域特异性基因（Bgn、Ctsk、Spp1）的表达水平升高。这些发现为开发针对DMD的有效治疗提供了新的思路[6]。
Ctsk基因在小鼠中的基因组结构已经被阐明，该基因包含八个外显子和七个内含子，并且位于小鼠3号染色体上的Arnt基因附近。Ctsk基因的启动子区域包含多个转录因子结合位点和与人类Ctsk基因启动子高度同源的序列[7]。
此外，Ctsk基因的多态性可能与羊的生长性能相关。研究发现，Ctsk基因的g.106510225G>A SNP与羊的年平均日增重、脂肪尾重与胴体重比、肌肉厚度和肌肉横截面积相关[8]。
Ctsk基因的突变还与Pycnodysostosis（PD）的发生相关。PD是一种罕见的骨骼发育不良，表现为身材矮小、骨硬化、颅面畸形等特征。研究发现，Ctsk基因中的c.746T>A和c.746T>C突变可能导致PD的发生。这些结果表明，Ctsk基因的突变可能导致骨骼发育异常和骨代谢紊乱[9]。
在眼眶重建中，Ctsk+成骨细胞（PSCs）在骨修复中发挥着重要作用。研究发现，眼眶成骨细胞中含有Ctsk+CD200+细胞谱系，包括CD200+CD105- PSCs和CD200+CD105+祖细胞。Ctsk和骨钙素（OCN）在眼眶成骨细胞的内层共定位，表明Ctsk+ PSCs具有成骨分化的潜能。Ctsk+ PSCs可能是在眼眶骨折后被动员的内源性干细胞，具有独特的特征，适合于内层成骨[10]。
综上所述，Ctsk基因在骨代谢、肿瘤发生发展、炎症反应、骨骼发育等方面发挥着重要作用。Ctsk基因的表达水平、多态性和突变与多种疾病的发生发展密切相关。Ctsk基因的研究有助于深入理解其在不同生物学过程中的作用机制，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献：
1. Bai, Zilong, Yan, Chunyu, Chang, Dongmin. 2023. Prediction and therapeutic targeting of the tumor microenvironment-associated gene CTSK in gastric cancer. In Discover oncology, 14, 200. doi:10.1007/s12672-023-00821-0. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37930479/
2. Yuan, Hu, Wang, Caihong, Liu, Li, Zhang, Zhenlin, Qu, Shen. 2023. Association Between CTSK Gene Polymorphisms and Response to Alendronate Treatment in Postmenopausal Chinese Women with Low Bone Mineral Density. In Pharmacogenomics and personalized medicine, 16, 925-932. doi:10.2147/PGPM.S425357. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37920752/
3. Bok, Seoyeon, Yallowitz, Alisha R, Sun, Jun, Debnath, Shawon, Greenblatt, Matthew B. 2023. A multi-stem cell basis for craniosynostosis and calvarial mineralization. In Nature, 621, 804-812. doi:10.1038/s41586-023-06526-2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37730988/
4. Wang, Wenhao, Li, Tiewen, Xie, Zhiwen, Ruan, Yuan, Han, Bangmin. 2024. Integrating single-cell and bulk RNA sequencing data unveils antigen presentation and process-related CAFS and establishes a predictive signature in prostate cancer. In Journal of translational medicine, 22, 57. doi:10.1186/s12967-023-04807-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38221616/
5. Feng, Heng, Xing, Wenhui, Han, Yujiao, Bi, Qing, Zou, Weiguo. . Tendon-derived cathepsin K-expressing progenitor cells activate Hedgehog signaling to drive heterotopic ossification. In The Journal of clinical investigation, 130, 6354-6365. doi:10.1172/JCI132518. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32853181/
6. Heezen, L G M, Abdelaal, T, van Putten, M, Mahfouz, A, Spitali, P. 2023. Spatial transcriptomics reveal markers of histopathological changes in Duchenne muscular dystrophy mouse models. In Nature communications, 14, 4909. doi:10.1038/s41467-023-40555-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37582915/
7. Rantakokko, J, Kiviranta, R, Eerola, R, Aro, H T, Vuorio, E. . Complete genomic structure of the mouse cathepsin K gene (Ctsk) and its localization next to the Arnt gene on mouse chromosome 3. In Matrix biology : journal of the International Society for Matrix Biology, 18, 155-61. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10372556/
8. Pasandideh, Majid, Harkinezhad, Taher, Mohammadi, Leila. 2023. A SNP in the ovine cathepsin K (CTSK) gene is associated with yearling growth performance in a crossbred sheep population. In Animal biotechnology, 34, 5155-5159. doi:10.1080/10495398.2023.2174873. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36752216/
9. Markova, Tatiana Vladimirovna, Kenis, Vladimir, Melchenko, Evgeniy, Nagornova, Tatiana, Dadali, Elena Leonidovna. 2022. Clinical and genetic characterization of three Russian patients with pycnodysostosis due to pathogenic variants in the CTSK gene. In Molecular genetics & genomic medicine, 10, e1904. doi:10.1002/mgg3.1904. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35315254/
10. Liu, Zeyang, Liu, Jin, Li, Jipeng, Deng, Yuan, Zhou, Huifang. . Discovery of CTSK+ Periosteal Stem Cells Mediating Bone Repair in Orbital Reconstruction. In Investigative ophthalmology & visual science, 64, 30. doi:10.1167/iovs.64.11.30. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37639249/
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