Rps14-KO 基因敲除小鼠

Rps14，也称为Ribosomal protein S14，是一种编码核糖体蛋白S14的基因。核糖体蛋白是核糖体的组成部分，而核糖体是细胞内蛋白质合成的关键分子机器。Rps14位于人类染色体5q33，其基因长度为5.9 kb，包含5个外显子和4个内含子。Rps14编码的蛋白在核糖体的生物发生过程中发挥作用，可能参与前RNA 18s的形成，这是一种中间RNA，用于形成核糖体的40S小亚基[1]。

Rps14基因的杂合子不足（HI）会导致中间RNA水平（前RNA 30S/18SE/18S）的改变，这在5q缺失的骨髓发育不良综合征（MDS）中可以观察到。此外，Rps14杂合子不足还会导致MDM2（双微体小鼠E3泛素连接酶）-RP（核糖体蛋白）复合物的形成，这会阻止MDM2-p53相互作用，从而导致p53水平的积累。这种积累会引起细胞周期停滞、DNA修复受损、衰老和凋亡。Rps14杂合子不足在MDS中可见，Rps14的表达水平改变还见于胶质瘤、结直肠癌、肝细胞癌、乳腺癌、肾细胞癌和原发性骨髓纤维化[1]。

在植物中，Rps14基因也具有重要作用。例如，大豆品种PI 340,029携带对Phytophthora sojae的广谱抗性，这种抗性是由位于3号染色体短臂上的单个基因Rps14所赋予的。通过分析PI 340,029与易感品种'Williams'的F2后代，发现对Phytophthora sojae菌株1的抗性是由Rps14基因所赋予的。该基因最初通过群体分离分析（BSA）被定位到3号染色体短臂上的一个4.5-cM区域，并随后通过F3:4家系缩小到一个1.48-cM区域，对应于Williams 82参考基因组（Wm82 v2.a1）中的229-kb区域。进一步分析表明，PI 340,029携带的广谱抗性完全归因于Rps14。与Rps14区域相对应的基因组序列在不同大豆品种中表现出显著的NBS-LRR基因拷贝数变异，范围从3到17个拷贝。最终分离Rps14对于精确选择和部署基因以保护大豆至关重要[2]。

在人类中，5q-综合征是一种骨髓发育不良综合征，其特征是5号染色体的缺失。最近的研究表明，5q-综合征的分子发病机制与RPS14基因的杂合子不足导致的p53激活有关。小鼠模型中的研究发现，通过敲除Cd74-Nid67区段（包含Rps14）并使这些'5q-小鼠'与p53缺陷小鼠交配，可以减轻红系祖细胞缺陷。此外，杂合子不足的microRNA基因miR-145和miR-146a可能有助于5q-综合征中观察到的血小板增多。新出现的证据表明，p53突变可能在疾病进展中发挥作用[3]。

Rps14在人类红细胞分化中也发挥作用。研究表明，通过SLC7A1/阳离子氨基酸转运蛋白1依赖性精氨酸摄取及其转化为多胺精胺，可以控制造血干细胞和祖细胞（HSPC）的命运。精氨酸的代谢通过激活真核翻译起始因子5A（eIF5A）来控制HSPCs的红系特异性。eIF5A的活性取决于其假尿苷化，这是一种由精胺的氨基丁基部分与赖氨酸结合产生的翻译后修饰。值得注意的是，通过抑制脱氧假尿苷合成酶来降低红细胞祖细胞中的假尿苷合成会破坏红细胞生成，但不会影响髓系细胞分化。蛋白质组学分析表明，线粒体翻译是假尿苷化eIF5A的关键靶点，因此，假尿苷化活性降低的祖细胞表现出氧化磷酸化减弱。该途径对eIF5A调控的红系生成至关重要，因为干预措施可以部分恢复假尿苷化减弱条件下的人类红细胞生成。线粒体核糖体蛋白（RPs）水平对假尿苷化损失特别敏感，研究发现，与5q缺失的骨髓发育不良综合征相关的无效红细胞生成与假尿苷化eIF5A池的减少相关。此外，RPL11杂合子不足的Diamond-Blackfan贫血患者以及下调RPL11的CD34+祖细胞在红细胞祖细胞中显示出显著降低的假尿苷化，同时伴随线粒体代谢的丧失。因此，eIF5A依赖性蛋白质合成调控人类红系生成，并且本研究揭示了RPs在控制HSPCs中eIF5A假尿苷化的新作用，将线粒体代谢与红系分化同步[4]。

在人类和中国仓鼠细胞杂交中，RPS14基因被确认为编码核糖体蛋白S14的结构基因。在仓鼠卵巢细胞中，RPS14基因的突变使细胞对通常具有细胞毒性的蛋白质合成抑制剂依米丁具有抗性。多项证据表明，仓鼠中RPS14基因是核糖体蛋白S14的结构基因，包括发现突变基因的突变体产生这种蛋白的电泳改变形式。之前已经确定，一个人类基因可以弥补CHO RPS14突变体的缺陷，并使它们对依米丁敏感，并且这个基因被定位到5号染色体长臂上。从包含人类5号染色体且对依米丁敏感的CHO Emtr X人类细胞杂交中提取的核糖体蛋白的分析表明，存在正常的人类和改变的仓鼠形式的核糖体蛋白S14。人类5号染色体、依米丁敏感性以及人类形式的核糖体蛋白S14在杂交中一致地分离，证实了这个问题中的人类基因是这种蛋白的结构基因。此外，结果表明，在种间细胞杂交中，人类形式的S14要么比改变的仓鼠蛋白更有效地整合到功能性核糖体中，要么人类基因相对于相应的仓鼠基因过度表达[5]。

在马铃薯线粒体基因组中，通过序列分析发现了L5核糖体蛋白基因（rpl5）和一个S14核糖体蛋白假基因。这两个基因相隔一个核苷酸，并位于细胞色素b基因（cob）上游，这种排列在拟南芥和甘蓝中也得到保留。rpl5基因具有完整的开放阅读框，而rps14位点被五个核苷酸的重复所破坏，这导致阅读框的移码。通过cDNA序列分析研究了rpl5和假rps14共转录物的编辑。在rpl5编码区域中，有8个C残基被编辑成U，导致8个氨基酸的变化，增加了马铃薯与其他RPL5多肽之间的同源性。有趣的是，rps14假基因序列在任何核苷酸位置都没有被编辑[6]。

RPS14在哺乳动物耳蜗中发挥作用，可以促进内耳祖细胞增殖和毛细胞再生。感觉神经性听力损失是由于毛细胞损伤引起的，这在哺乳动物中是不可逆的，因为缺乏毛细胞再生，但最近的研究表明，Lgr5+支持细胞是能够再生毛细胞的祖细胞。RPS14（核糖体蛋白S14）是40S核糖体亚基的组成部分，与红细胞分化相关。在这项研究中，使用了一种新型的腺相关病毒-内耳系统来上调培养的毛细胞祖细胞中Rps14的表达，并观察到它们增殖和分化成毛细胞的能力得到了增强。同样，在老鼠耳蜗中过表达Rps14可以通过激活Wnt信号通路来促进支持细胞的增殖。此外，过表达Rps14可以诱导耳蜗中的毛细胞再生，系谱追踪显示，新的毛细胞是由Lgr5+祖细胞转变而来。综上所述，我们的分析揭示了Rps14在驱动哺乳动物毛细胞再生中的潜在作用[7]。

RPS14通过p53信号通路促进胶质瘤的发展和进展。胶质瘤是一种常见的原发性颅内脑部疾病，其发病率和死亡率不断上升。越来越多的证据表明，核糖体蛋白S14（RPS14）参与细胞增殖和肿瘤进展。然而，RPS14在胶质瘤中的生物学功能和潜在机制仍然不清楚。研究发现，RPS14在胶质瘤中过表达。在功能缺失实验中，RPS14的耗竭显著抑制了胶质瘤细胞的增殖、迁移，并促进了细胞凋亡。进一步研究表明，RPS14的耗竭抑制了胶质瘤在体内的肿瘤生长。此外，人类磷酸化激酶阵列分析和Western blot分析表明，RPS14敲低对胶质瘤的影响可能与p53信号通路密切相关。进一步研究表明，添加p53抑制剂pifithrin-α（PFT-α）可以减弱RPS14敲低对细胞增殖和凋亡的影响。综上所述，我们的研究结果提示RPS14在胶质瘤进展中表现出促癌基因作用，并可能作为治疗胶质瘤的新潜在靶点[8]。

RPS14在骨髓发育不良综合征中的红细胞生成障碍也发挥作用。骨髓发育不良综合征（MDS）是一种异质性的老年造血干细胞疾病。贫血是主要症状，主要与骨髓中的红细胞生成不良相关。MDS中超过80%的早期病例可以发现红细胞生成障碍，定义为骨髓中10%的红系细胞异常。由于分化停滞和凋亡，未成熟红细胞积累，成熟红细胞减少。在具有红细胞生成障碍的早期MDS中，由于嗜碱性红细胞中的红细胞转录因子GATA-1发生caspase依赖性裂解，导致最终成熟受损。根据起始基因改变，特定的机制会导致红系缺陷。在5q缺失的MDS中，核糖体蛋白基因RPS14的杂合子不足通过诱导p53依赖性核糖体应激、细胞周期停滞和凋亡，阻碍了未成熟到成熟红系细胞的转变。最近的工作发现，p53-S100A8/9先天免疫通路的激活既内在又外在地对红细胞生成障碍做出贡献。在环形铁粒幼细胞MDS中，一种在RNA水平上诱导多种改变的独特SF3B1剪接因子基因突变，深刻地改变了基因表达模式。对MDS中红细胞生成障碍的病理生理学的深入了解可能会指导选择适当的疗法，例如，在5q缺失的MDS中使用来那度胺。需要更好地了解非5q缺失MDS中红细胞生成障碍的机制，尤其是在对促红细胞生成素药物的一线治疗耐药的情况下[9]。

在肝细胞癌（HCC）中，RPS14基因的调控与疾病的发生有关。慢性乙型肝炎病毒（HBV）感染显著增加了HCC的风险，尤其是在东亚地区。然而，只有一部分慢性HBV感染者会发展为HCC，这表明遗传因素在HCC发病机制中的作用。尽管全基因组关联研究（GWASs）确定了与HBV相关HCC易感性相关的多个单核苷酸多态性（SNPs），但潜在的机制和因果遗传多态性仍然不清楚。为了解决这个问题，我们开发了一种更新的整合功能性基因组学方法（TUIFGA），该方法结合转录因子（TF）cistromics、ATAC-seq、DNAase-seq和1000个基因组计划的数据，以在全基因组范围内识别TF结合位点内的癌症易感SNPs。使用TUIFGA，我们发现了位于RPS14的TF MAZ结合基序中的SNP rs13170300。RPS14 rs13170300在两个病例对照组中与HCC风险显著相关，T等位基因为保护等位基因（山东发现组：TT OR=0.60，95% CI=0.49-0.74，P=1.0×10-6；CT OR=0.69，95% CI=0.55-0.86，P=0.001；江苏验证组：TT OR=0.70，95% CI=0.56-0.87，P=0.001；CT OR=0.65，95% CI=0.53-0.82，P=1.6×10-4）。SNP rs13170300影响RPS14启动子中MAZ的结合，导致基因表达发生等位基因特异性变化。RPS14作为HCC中的新型致癌基因发挥作用，特别是通过激活AKT信号通路。我们的发现为HBV相关HCC发展的功能遗传学提供了重要见解，并可能有助于个性化方法进行癌症预防和开发新型治疗方法[10]。

综上所述，Rps14基因在多种生物学过程中发挥重要作用，包括核糖体生物发生、红细胞生成、肿瘤进展和植物抗病性。Rps14的表达和功能异常与多种疾病相关，包括骨髓发育不良综合征、胶质瘤、肝细胞癌和植物对Phytophthora sojae的抗性。Rps14的研究有助于深入理解其在细胞生长、发育和疾病发生中的作用，为开发新的治疗方法提供潜在靶点。