Pola1-KO 基因敲除小鼠

POLA1是DNA聚合酶α的催化亚单位编码基因，它与引物复合物共同启动DNA复制过程。该基因的完全缺失被认为具有致命性，但至少有两种因部分POLA1缺失引起的疾病已被描述。第一个被映射到POLA1的遗传综合征是X连锁网状色素沉着症（XLPDR，MIM #301220），这是一种罕见的综合征，其特征为皮肤过度色素沉着、无菌多器官炎症、反复感染和独特的面部特征。XLPDR已被证明伴有I型干扰素信号的深度激活，但与其它干扰素病不同，它不与自身抗体或经典自身免疫相关。相反，它伴有明显的自然杀伤（NK）细胞功能障碍，这可以解释这种综合征中看到的反复感染。迄今为止，所有XLPDR病例都是由同一复发性的内含子突变引起的，该突变导致基因错义剪接[1]。此外，最近报道了与XLPDR内含子突变不同的几种POLA1低效突变，这些突变与另一种条件，范·埃施-奥德里斯科尔综合征（VEODS，MIM #301030）有关。这种疾病导致生长迟缓、小头畸形、性腺功能减退，在某些情况下，与XLPDR中观察到的免疫学特征重叠[1]。

POLA1基因突变导致的一些疾病与DNA复制和DNA损伤修复的缺陷有关，这可能影响细胞增殖和生存。例如，在卵巢癌中，研究发现POLA1的表达与对CHK1抑制剂的敏感性相关。CHK1抑制剂是一种用于治疗某些类型癌症的药物，它通过抑制细胞周期检查点激酶1来发挥作用，从而阻止细胞在DNA损伤时继续增殖。研究发现，POLA1表达水平高的卵巢癌细胞对CHK1抑制剂的敏感性较低，而POLA1沉默的卵巢癌细胞对CHK1抑制剂的敏感性较高。这表明POLA1的表达可能预测对CHK1抑制剂的耐药性，同时抑制POLA1可能提高CHK1抑制剂单药治疗这种难以治疗的患者的疗效[3]。

此外，在卵巢癌中，研究发现剪接因子SNRPB通过调节POLA1和BRCA2基因的异常外显子跳跃来促进卵巢癌的进展。SNRPB是一种核心剪接体成分，调节前mRNA选择性剪接。研究发现，SNRPB在新鲜冷冻卵巢癌组织中高表达，与卵巢癌的不良预后相关。功能研究表明，SNRPB敲低抑制卵巢癌细胞增殖和侵袭，而过表达则产生相反的效果。SNRPB表达在顺铂治疗后增加，沉默SNRPB使卵巢癌细胞对顺铂敏感。KEGG通路分析显示，差异表达基因（DEGs）主要富集在DNA复制和同源重组中，几乎所有与DNA复制和同源重组相关的DEGs在SNRPB敲低后下调。POLA1和BRCA2的外显子3跳跃是由SNRPB沉默引起的。POLA1外显子3跳跃产生提前终止密码子，导致无义介导的RNA降解（NMD）；BRCA2外显子3跳跃导致PALB2结合域的丢失，这是同源重组所必需的，并增加卵巢癌细胞对顺铂的敏感性。POLA1或BRCA2的敲低部分损害了SNRPB过表达卵巢癌细胞增加的恶性。此外，还发现miR-654-5p通过直接结合到SNRPB 3'-UTR来降低SNRPB mRNA表达。总体而言，SNRPB被确定为一种重要的致癌驱动因子，它通过抑制POLA1和BRCA2的外显子3跳跃来促进卵巢癌的进展。因此，SNRPB是卵巢癌的一种潜在治疗靶点和预后标志物[2]。

在结肠癌中，研究发现ATR和POLA1之间的合成致死性揭示了个性化癌症治疗的一个潜在新靶点。ATR-CHK1通路在DNA损伤反应中起着基本的作用，因此是癌症治疗中的一个有吸引力的靶点。ATR抑制剂抗癌作用至少部分是由于ATR和多种DNA修复基因之间的合成致死性引起的。研究发现，在ATR缺陷的DLD-1人结直肠癌细胞模型中，通过化学POLA1抑制确认了合成致死性。通过FACS和Western印迹分析细胞周期和凋亡标记物，研究能够显示凋亡和S期阻滞导致ATR缺陷癌细胞对POLA1抑制剂的敏感性增加。重要的是，ATR缺陷细胞中siRNA介导的POLA1耗竭导致细胞活力受损和凋亡标记物的积累，从而排除了化学POLA1抑制的毒性作用。相反，研究还表明，ATR缺陷细胞中siRNA介导的POLA1耗竭使多种癌细胞系对ATR和其主要效应激酶CHK1的化学抑制敏感。总之，ATR/CHK1和POLA1之间的合成致死性可能代表了一种新颖而有希望的个性化癌症治疗方法：首先，POLA1的突变可以作为筛选参数，以增加对ATR和CHK1抑制剂的敏感性。其次，ATR-CHK1通路的突变可能预测对POLA1抑制剂的敏感性增加[4]。

在动脉粥样硬化中，研究发现Nrf2缺陷的巨噬细胞中DNA复制基因（例如Mcm7、Lig1、Pola1）的表达下调，同时DNA损伤传感器Atr基因的表达上调。此外，研究还观察到炎症和驻留巨噬细胞中铁死亡基因（例如Cp、Hells、Slc40a1）的亚型特异性表达。这些观察结果表明，主动脉巨噬细胞中Nrf2的缺乏导致与炎症、铁稳态、细胞损伤或死亡通路相关的亚型特异性转录组变化。这可能有助于理解与衰老相关的Nrf2活性下降和特定巨噬细胞亚型在动脉粥样硬化病变发展中的作用[5]。

POLA1基因突变导致的疾病与DNA复制和DNA损伤修复的缺陷有关，这可能影响细胞增殖和生存。例如，在卵巢癌中，研究发现POLA1的表达与对CHK1抑制剂的敏感性相关。此外，在卵巢癌中，研究发现剪接因子SNRPB通过调节POLA1和BRCA2基因的异常外显子跳跃来促进卵巢癌的进展。在结肠癌中，研究发现ATR和POLA1之间的合成致死性揭示了个性化癌症治疗的一个潜在新靶点。在动脉粥样硬化中，研究发现Nrf2缺陷的巨噬细胞中DNA复制基因的表达下调，同时DNA损伤传感器Atr基因的表达上调。这些研究结果表明，POLA1基因在多种生物学过程中发挥重要作用，其突变可能导致多种疾病的发生。