Grin1-KO 基因敲除小鼠

Grin1（Glutamate Receptor, Ionotropic, NMDA1）基因编码的是N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDA受体）的GluN1亚单位。NMDA受体是离子型谷氨酸受体的一种，在突触处表达，介导快速兴奋性神经传递。NMDA受体对大脑发育和认知功能至关重要。Grin1基因的突变与多种严重的神经发育障碍有关，包括癫痫、智力障碍和发育迟缓。

研究表明，Grin1基因的表达受到其5'和3'非编码区的调控。在5'非编码区，特定的DNA片段可以抑制或增强基因的表达。例如，在SK-N-SH和U87细胞系中，-337到-159 bp和-704到-556 bp的片段抑制基因表达，而-556到-337 bp的片段则上调基因表达。在HEK-293和U87细胞系中，-1703到+188 bp的片段的表达显著高于相邻的-1539到+188 bp和-1843到+188 bp的片段。转录因子REST、EGR1和CREB1/HIC2可能分别结合于-337到-159、-556到-337和-704到-556 bp的DNA序列，从而调控Grin1基因的表达[1]。此外，锌指转录因子也可能调控Grin1基因的表达。

在3'非编码区，研究表明，完整的GRIN1基因3'UTR序列（-27 bp到+1284 bp）的相对荧光强度在所有三种细胞系中均显著降低。-27 bp到+294 bp和-27 bp到+497 bp区域之间，以及-27 bp到+708 bp和-27 bp到+907 bp区域之间的相对荧光强度存在显著差异。根据TargetScan数据库的预测，miR-212-5p、miR-324-3p和miR-326可能结合于+295 bp到+497 bp区域，而miR-491-5p可能结合于+798 bp到+907 bp区域。miR-491-5p可能结合于GRIN1基因的3'UTR（+799 bp到+805 bp），并在HEK-293、SK-N-SH和U87细胞系中下调基因表达，这表明miR-491-5p可能在神经系统疾病中发挥作用[4]。

Grin1基因的突变与多种神经发育障碍有关。研究发现，三个错义突变（p.Ile148Val、p.Ala666Ser和p.Tyr668His）与神经发育障碍有关。GluN1(I481V)突变体对开放孔阻滞剂氯胺酮和美金刚的抑制作用减弱，但对受体功能的影响很小。相比之下，另外两个突变体表现出增益功能分子表型。GluN1(A666S)突变体中受体的甘氨酸敏感性增强，美金刚和氯胺酮的孔阻滞作用减弱，而MK-801的阻滞作用增强。然而，最明显的功能缺陷出现在包含GluN1(Y668H)突变体的受体中。GluN1(Y668H)/2A受体显示出表面表达受损，对甘氨酸和谷氨酸的敏感性增加了十倍，并且对外部镁离子、美金刚、氯胺酮和MK-801的阻滞作用受损。这些突变受体还可以被谷氨酸或甘氨酸单独激活。单受体记录显示，这种受体突变体可以打开多个电导水平，并且比野生型GluN1/2A受体更频繁地激活。这些研究结果揭示了受体（GluN1[Y668]）的一个重要功能位点，该位点将受体门控与离子通道电导耦合起来，当突变时可能与神经发育障碍有关[2]。

此外，Grin1基因的表达与胶质瘤的组织学分级和预后相关。研究发现，Grin1基因的表达差异分析与生存分析显示，Grin1基因低表达的患者预后比高表达的患者差。免疫组化结果也显示，Grin1在正常组织中检测到，而在肿瘤组织中未检测到。这表明Grin1可能成为胶质瘤治疗的潜在靶点[3]。

钙信号在基因表达中起着重要作用。钙离子流入突触后神经元通过NMDA受体可以激活小GTP酶Rac1和其他Rac鸟苷酸交换因子，以及刺激钙调蛋白依赖性激酶激酶（CaMKK）和CaMKI；非钙离子通透的α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体，即缺乏谷氨酸受体-2亚单位的受体，导致Ras鸟苷酸释放因子蛋白的激活，并与丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶信号通路的激活相关；L型电压门控钙通道激活涉及CaMKII、下游反应元件拮抗剂调节剂和不同微区的信号通路。这些信号通路的关键成员随后转位到细胞核，在那里它们改变参与神经元突触可塑性的基因的表达。在转录后水平，细胞内钙离子水平的改变可以改变选择性剪接模式；在哺乳动物大脑中，通过NMDA受体的钙信号改变与NMDA R1受体（GRIN1）转录本的CI组件的外显子沉默相关，这是由UAGG基序在神经元兴奋反应中引起的。调节也发生在翻译水平；转谷氨酰胺酶-2（TG2）介导Y-box结合蛋白-1（YB-1）翻译调节蛋白在TGFβ1活化的成纤维细胞中的钙离子调节交联；YB-1结合平滑肌α-肌动蛋白mRNA并调节其翻译活性。钙信号在表观遗传调节中也起着重要作用，例如在胞嘧啶碱基的变化方面。靶向钙信号可能为治疗提供有用的选择，例如在癌症患者中诱导肿瘤抑制基因的表观遗传再激活[5]。

综上所述，Grin1基因编码的是NMDA受体的GluN1亚单位，对大脑发育和认知功能至关重要。Grin1基因的表达受到其5'和3'非编码区的调控。Grin1基因的突变与多种神经发育障碍有关，而Grin1基因的表达与胶质瘤的组织学分级和预后相关。此外，钙信号在Grin1基因的表达和功能中起着重要作用。对Grin1基因的研究有助于深入理解NMDA受体的结构和功能，以及神经发育障碍和胶质瘤的发病机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。