Mdm1-KO 基因敲除小鼠

Mdm1，也称为Mouse double minute 1，是一种在脊椎动物中发现的基因。最初在鼠类肿瘤细胞系中被克隆，作为潜在的致癌基因。后来，发现Mdm1基因的突变可能导致小鼠的年龄相关视网膜变性2。此外，MDM1蛋白在小鼠的多毛气管上皮细胞中的中心体、纤毛和细胞核中被发现表达。这些观察表明MDM1可能在细胞生理学中具有一些基本功能。然而，关于这个基因的进化历史以及它在胚胎发育过程中的表达仍然没有得到充分的探索。

通过分子系统发育分析，研究人员发现MDM1基因编码了一种在所有后生动物中高度保守的蛋白质。他们还发现MDM1基因在脊椎动物中具有保守的共线性。在几乎所有的被分析的物种中，根据目前的基因组注释，只有一个MDM1基因。由于脊椎动物基因组在脊椎动物起源时经历了两到三轮的全基因组复制，只有一个MDM1同源基因被保留下来，这是非常有趣的。这个观察结果暗示了其他MDM1同源基因在全基因组复制后丢失了。此外，使用整体原位杂交，研究人员发现mdm1在斑马鱼早期胚胎发育过程中在前脑、肾管和尾芽中表达。MDM1是一种进化保守的基因，其同源基因可以追溯到基底层动物谱系。在脊椎动物中，MDM1基因具有保守的共线性，并且只有一个MDM1同源基因，这表明它是一个“复制抵抗”基因。它在早期斑马鱼胚胎中的表达模式表明mdm1可能在中央神经系统、肾脏和造血系统的发育中发挥重要作用[1]。

MDM1蛋白被发现在细胞分裂和分化多毛上皮细胞中的中心体中定位。3D-SIM显微镜显示MDM1与中心体筒紧密相关，可能位于中心体腔中。MDM1蛋白的过表达抑制了中心体的复制，而MDM1蛋白的耗尽导致增加了可能代表中心体形成早期中间体的颗粒状物质。研究还发现MDM1蛋白在体内和体外与微管结合。在MDM1中鉴定了一个重复基序，这是微管结合所必需的，并且在另一个微管结合蛋白CCSAP中也发现了这些重复基序。因此，MDM1被认为是一种通过微管结合来抑制中心体复制的负调节因子[2]。

在T细胞分化过程中，细胞因子表达是一个高度调节的过程，涉及细胞因子位点上的长程启动子-增强子和CTCF-CTCF接触。研究发现，一个CTCF结合位点的删除会导致Th1和Th17相关免疫的不平衡，无论是在体外还是在体内，在弓形虫感染的情况下。然而，这个边界元素对于自然杀伤细胞中的细胞因子调节是不必要的。这些发现表明，精确的细胞因子调节依赖于谱系和发育阶段特异性相互作用的三维染色质结构和增强子景观[3]。

在酿酒酵母中，SNX Mdm1是一种细胞器间连接蛋白，在核-液泡连接处（NVJ）发挥作用。研究发现，SNX Mdm1介导了TORC1失活诱导的核仁动态。此外，Mdm1对于TORC1失活后核仁蛋白的适当核质降解是必需的，而对于核质降解通量的诱导则不是必需的。这表明核质降解和核仁动态是由TORC1失活独立调节的。最后，Mdm1在营养饥饿条件下对于生存至关重要。SNX14是一种人类MDM1同源物，其突变会导致神经发育障碍。这项研究为SNX介导的微自噬与神经发育障碍之间的关系提供了新的见解[4]。

尽管内溶体转运已经得到很好的定义，但它是如何被调节并与细胞代谢协调尚不清楚。为了确定控制内溶体动态的基因，研究人员进行了一项基于全球荧光的筛选，揭示了内膜效应基因。筛选结果表明，含有Phox（PX）结构域的蛋白质Mdm1参与内膜动态。令人惊讶的是，研究人员证明Mdm1是一种新的细胞器间连接蛋白，定位于内质网（ER）-液泡/溶酶体膜接触位点（MCSs）。他们还发现Mdm1的截断类似神经疾病相关的SNX14等位基因无法连接ER和液泡，并且干扰鞘脂代谢。这项工作表明，人类MDM1同源物可能在细胞器间通信和脂质代谢中发挥以前未认识到的角色[5]。

研究人员发现了一种新的小鼠品系，该品系在自然状态下发展为年龄相关的视网膜变性（arrd2）。这些小鼠在6个月大时视网膜表现正常，但在14个月时出现血管衰减、RPE萎缩和色素异常，并在22个月时完全丧失感光细胞和ERG。遗传分析表明，arrd2的视网膜变性以常染色体隐性方式分离，并且疾病基因定位于小鼠染色体10上。一个定位候选克隆方法检测到小鼠mdm1基因中存在一个无义突变，导致潜在的蛋白质从718个氨基酸截断到398个。研究人员发现了一种mdm1基因的新转录本，这是视网膜中的主要转录本。Mdm1转录本定位于神经视网膜的核层。视网膜中Mdm1的表达从出生后第30天稳步增加到1岁，然后保持高水平。arrd2小鼠的视网膜中Mdm1转录本显著减少，并且观察到转录本通过无义介导的降解而降解。这些结果表明，mdm1转录本的减少可能是arrd2小鼠中晚发性进行性视网膜变性的机制。分析了一组年龄相关性黄斑变性（AMD）患者，其中易感位点定位于染色体12q，这是人类MDM1同源物的位置，但没有发现人类MDM1与AMD之间存在关联[6]。

Mdm1是一个控制对玉米矮缩花叶病毒（MDMV）抗性的基因，位于玉米6号染色体短臂上的mdm1位点。研究发现，在42个43个MDMV抗性系中，与抗性亲本中发现的6S染色体上的MDMV抗性位点相关的标记也存在于抗性群体中，而不存在于易感组织中。之前与对甘蔗花叶病毒（SCMV）和麦条花叶病毒（WSMV）的抗性相关的标记，分别与9个和7个F2群体中的抗性相关。这些数据表明，mdm1或6S染色体上紧密连锁的基因与大多数种质中的MDMV抗性相关，但其他位点也可能影响抗性[7]。

mdm1位点位于玉米6号染色体短臂上，赋予玉米对5种玉米矮缩花叶病毒（MDMV）株的抗性，MDMV是一种由蚜虫传播的poty病毒。通过使用BC1和F2作图群体，确定了mdm1相对于6号染色体短臂上的RFLP和形态学位点的位置。从F2群体中获得了以下作图顺序和cM距离：jc1270-2.5-npi245-1.6-umc85/po1-0.5-mdm1/nor-0.5-bnl6.29A-0.5-npi235-0.8-npi101A-4.3-numc59。使用来自rDNA重复的基因间间隔区的探针，没有发现mdm1与核仁组织者区域（nor）之间的重组。为了解决mdm1和nor之间的关系，并恢复mdm1周围的重组体，研究人员使用[po1 y1 tester（po1 mdm1 y1）x Pa405（Po1 Mdm1 Y1）]F2植物生成了一个高分辨率作图。隐性po1等位基因在纯合状态下赋予雄性不育表型，由于po1和y1紧密连锁，因此大多数来自白色胚乳（y1/y1）F2种子的可育植物将产生于Pa405 Po1等位基因和po1 y1 tester的y1等位基因之间的重组事件。检查了来自7,650个白色（y1/y1）F2种子的植物（15,300个染色体），并总共恢复了626个F2∶3重组家庭。对这些重组体的分析表明，mdm1与nor共分离。mdm1和nor之间缺乏重组表明：（1）mdm1位于nor周围的区域，并且在该区域内的重组受到抑制，或者（2）mdm1位于nor内部[8]。

mdm1突变导致酵母细胞在非允许温度下温度敏感生长，并且不能将细胞核和线粒体传递到发育中的芽中。通过互补作用克隆了MDM1基因，其序列显示了一个开放阅读框，编码一个潜在的蛋白质产物，分子量为51.5 kD。这种蛋白质与仓鼠波形蛋白和鼠表皮角蛋白的氨基酸序列相似。基因破坏表明MDM1对于有丝分裂生长是必需的。针对MDM1蛋白的抗体识别了一个51 kD的多肽，通过间接免疫荧光定位于酵母细胞细胞质中分布的新的斑点状和点状阵列模式。这些结构在将mdm1突变体细胞转移到非允许温度后消失，尽管细胞中MDM1蛋白的水平保持不变。针对MDM1的亲和纯化抗体也通过动物细胞的间接免疫荧光特异性地识别了中间丝。这些结果表明，含有MDM1蛋白的新型细胞质结构介导了酵母中的细胞器遗传[9]。

在晚中年小鼠中进行了为期八周的耐力锻炼方案，并开发了一种将小鼠耐力锻炼诱导基因与人类GWAS数据集相结合的整合方法，以确定与肌少症相关的因果基因。这种方法显著改善了小鼠的骨骼肌表型，并确定了耐力锻炼诱导的基因和miRNA。通过构建富含转录因子和与肌肉功能和特征相关的GWAS信号的miRNA调控网络，研究人员重点关注了896个耐力锻炼诱导的基因。使用人类骨骼肌cis-eQTL作为工具变量，250个耐力锻炼诱导的基因进行了双样本孟德尔随机化分析，确定了40个、68个和62个与肌少症及其临床指标-肢体瘦体重（ALM）和握力（HGS）相关的因果基因。敏感性和跨表型验证确认了这些发现的稳健性。在三个结果中一致地，RXRA、MDM1、RBL2、KCNJ2和ADHFE1被确定为风险因素，而NMB、TECPR2、MGAT3、ECHDC2和GINM1被确定为保护因素，所有这些都可能是肌少症进展的标志物。生物活性和疾病关联分析表明，运动主要通过调节脂肪酸氧化来发挥其抗肌少症作用。基于现有的药物-基因相互作用数据，21个因果基因是可药物治疗的，提供了潜在的药物靶点。这些发现突出了可能与运动的抗肌少症益处相关的关键基因和分子途径，为未来可能模仿运动对年龄相关骨骼肌退化的安全温和保护作用的疗法提供了见解[10]。

综上所述，MDM1是一种进化保守的基因，在细胞生理学中具有基本功能，并且在多种生物学过程中发挥作用，包括细胞分裂、分化、发育和代谢。MDM1基因的突变可能导致年龄相关的视网膜变性。MDM1蛋白是一种微管结合蛋白，通过微管结合来抑制中心体复制。MDM1基因的表达模式表明它在中央神经系统、肾脏和造血系统的发育中发挥重要作用。MDM1基因的表达还受到长程启动子-增强子和CTCF-CTCF接触的调控。MDM1蛋白在细胞器间通信和脂质代谢中发挥重要作用。MDM1基因的突变可能导致年龄相关的视网膜变性。MDM1基因或紧密连锁的基因与大多数种质中的MDMV抗性相关。MDM1基因与nor共分离，这表明它可能位于nor内部或其周围区域。MDM1蛋白在酵母细胞中形成新型细胞质结构，介导细胞器遗传。MDM1基因与肌少症的发生和发展相关。