Tmem120a-KO 基因敲除小鼠

TMEM120A（也称为TACAN）是一种神秘的蛋白质，具有多种看似不相关的功能。最初被认为是一种参与机械刺激感知的离子通道，并在机械疼痛感知中起作用。然而，有关其离子通道功能的证据存在争议，因为复制电生理实验的努力并未取得成功。冷冻电子断层扫描结构揭示了TMEM120A在结构上与长链脂肪酸延长酶7（ELOVL7）这种脂质修饰酶同源。尽管TMEM120A的通道功能受到质疑，但它似乎仍然通过抑制PIEZO2通道和修改动物模型中的触觉疼痛反应来影响机械感知。TMEM120A还通过直接物理相互作用抑制多囊蛋白2（PKD2）通道。此外，TMEM120A已被证明与脂肪细胞调节和针对寨卡病毒的先天免疫反应有关。TMEM120A影响这些过程的方式包括调节基因表达、作为脂质修饰酶，以及通过直接结合控制其他蛋白的亚细胞定位[1]。

研究发现，在人类全基因组过表达筛选中，TMEM120A作为一种限制寨卡病毒感染的因素。TMEM120A的过表达显著抑制寨卡病毒复制，而TMEM120A敲低则增加细胞系中的寨卡病毒感染。此外，在小鼠中敲除Tmem120a促进了寨卡病毒在原代小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中的感染。TMEM120A的抗病毒活性依赖于STING，因为TMEM120A与STING相互作用，促进STING从内质网（ER）转移到ER-高尔基中间区室（ERGIC），并增强下游TBK1和IRF3的磷酸化，从而导致多种抗病毒细胞因子和干扰素刺激基因的表达。因此，这项研究确定了TMEM120A是STING抗病毒信号通路的关键激活剂[2]。

脂肪细胞特异性敲除编码核膜跨膜蛋白TMEM120a的基因，会破坏脂肪基因组组织，从而引起脂肪营养不良综合征。TMEM120a缺乏会广泛抑制脂质代谢途径基因的表达，并通过将基因、增强子和miRNA编码位点重新定位在核周缘和内部，诱导肌源性基因的表达。TMEM120a-/-小鼠，尤其是雌性小鼠，表现出类似于人类家族部分脂肪营养不良FPLD2的脂肪营养不良综合征，在暴露于致肥胖饮食时表现出严重的胰岛素抵抗和代谢缺陷。有趣的是，在携带核膜蛋白编码LMNA突变的人类FPLD2患者细胞中也观察到了类似的基因组组织缺陷。这些数据表明TMEM120A的基因组组织功能影响许多脂肪功能，其缺失可能导致脂肪过多症谱系障碍，包括一个基于miRNA的机制，这可能解释了人类脂肪营养不良中的肌肉肥大[3]。

在触觉、本体感觉和疼痛中，各种机械感觉神经元都参与其中。许多支持这些感觉方式的机械转导机制分子成分仍有待发现。研究发现，在机械感觉神经元中记录机械敏感（MS）电流，并与单细胞RNA测序相结合。将转录组谱映射到先前确定的神经元类型，以识别数据集之间的细胞类型相关性。电流特征与单细胞转录组的关联提供了机械电性质和转录组定义的神经元群体之间的一对一对应。此外，基因表达差异比较提供了一组机械转导复合物的候选基因。Piezo2预期在表达快速适应MS电流的神经元中富集，而Tmem120a和Tmem150c，被认为是介导慢类型MS电流的，在所有机械感觉神经元亚型中均匀表达。进一步的敲低实验将它们排除在感觉神经元中作为MS电流的介导者。这个数据集构成了一个开放资源，用于进一步探索机械感觉特性的细胞类型特异性决定因素[4]。

最近的研究表明，核膜是细胞的主要信号节点，可以影响组织分化过程。研究发现了两种核膜跨膜蛋白TMEM120A和TMEM120B，它们是Tmem120A和Tmem120B基因编码的旁系同源物。TMEM120蛋白在脂肪中优先表达，并且在3T3-L1脂肪细胞分化过程中被诱导。一种或另一种蛋白的敲低改变了脂肪细胞分化所需的几个基因的表达，包括Gata3、Fasn、Glut4，而两种蛋白同时敲低还影响了Pparg和Adipoq。双敲低还增加了影响，例如，与对照3T3-L1细胞在药理学诱导分化后相比，Glut4水平降低了95%。因此，TMEM120A和B的敲低单独和共同影响了脂肪细胞分化/代谢，通过Oil Red O结合和相干反斯托克斯拉曼散射显微镜（CARS）测量脂质积累。核膜通过lamin A的突变与几种脂肪营养不良症有关；然而，lamin A广泛表达。因此，TMEM120A和B脂肪特异性核膜跨膜蛋白可能在脂肪营养不良症的组织特异性病理或更广泛的肥胖问题中起一定的作用[5]。

机械转导，将机械刺激转化为电信号的过程，是触觉和疼痛感知、听觉、本体感觉等基本生理功能的基础。尽管已经确定了这些功能中的一些机制，但感知疼痛的基本分子仍然难以捉摸。研究确定了TACAN（TMEM120A），一种参与感知机械疼痛的离子通道。TACAN在一小部分痛觉感受器中表达，其在细胞系中的异源表达增加了机械诱发的电流。在合成脂质中纯化和重建TACAN会产生功能性离子通道。最后，痛觉感受器特异性诱导性敲除TACAN降低了痛觉感受器的机械敏感性，并减少了对外部疼痛性机械刺激的行为反应，但对热或触觉刺激的反应没有影响。因此，TACAN是一种参与感知机械疼痛的离子通道[6]。

在先前建立的动物模型中，38头经产荷斯坦牛被分配到两组，分别喂以不同的饮食，以实现正常（NBCS）或高（HBCS）体况评分（BCS）和背脂厚度（BFT），直到产前49天干乳（NBCS：BCS <3.5 [3.02 ± 0.24]和BFT <1.2厘米[0.92 ± 0.21]；HBCS：BCS >3.75 [3.82 ± 0.33]和BFT >1.4厘米[2.36 ± 0.35]，平均值±标准差）。两组还根据可比的产奶量进行分层（NBCS：10,361 ± 302公斤；HBCS：10,315 ± 437公斤；平均值±标准差）。然后，在干乳期和随后的泌乳期间，奶牛被喂以相同的饮食，在整个研究过程中保持BFT和BSC的差异。使用血清代谢组数据，我们创建了一个分类模型，以识别不同的代谢表型。机器学习分类器揭示了过度营养奶牛中的一个独特簇，标记为HBCS-PN（HBCS预测正常BCS）。这些奶牛的采食量更高，能量平衡更好，而产奶量与HBCS-PH（高BCS预测高BCS）组相似。本研究旨在研究产后奶牛血清代谢表型不同的肝脏转录组变化。我们在产后第21天（±2）对来自3个代谢簇的奶牛进行肝脏转录组分析：HBCS-PH（n = 8），HBCS-PN（n = 6），和正常BCS预测正常BCS（NBCS-PN，n = 8）。奶牛的肝脏组织表达了总共13,118个与牛基因组对齐的基因。在NBCS-PN和HBCS-PH奶牛之间发现了48个差异表达基因（DEG；假发现率≤0.1和倍数变化>1.5），而在HBCS-PN和HBCS-PH奶牛之间发现了24个DEG（14个下调和10个上调）。与NBCS-PH奶牛相比，NBCS-PN奶牛中下调的DEG（n = 31）参与生物合成过程，如脂质、脂蛋白和胆固醇合成（例如，APOA1、MKX、RPL3L、CANT1、CHPF、FUT1、ZNF696），细胞组织、生物发生和定位（例如，SLC12A8、APOA1、BRME1、RPL3L、STAG3、FBXW5、TMEM120A、SLC16A5、FGF21），分解代谢过程（例如，BREH1、MIOX、APOBEC2、FBXW5、NUDT16），以及对外部刺激的反应（例如，APOA1、FGF21、TMEM120A、FNDC4），而上调的DEG（n = 17）与信号传导和细胞运动有关（例如，RASSF2、ASPN、SGK1、KIF7、ZEB2、MAOA、ACKR4、TCAF1），表明在泌乳期间发生了代谢适应的改变。我们的结果显示，在肝脏中，HBCS-PN和HBCS-PH奶牛之间存在24个DEG。SLC12A8和SLC16A5在HBCS-PN奶牛中的下调表达表明代谢负荷较低，对支持线粒体呼吸过程的NAD+生物合成的需求减少。HBCS-PN奶牛肝脏中MAOA、ACKR4、KIF27、SFRP1和CAV2的上调可能表明在过度营养的情况下，为了维持正常的肝功能，存在适应性机制。这些分子差异强调了奶牛中存在不同的代谢类型，并为肝脏在塑造不同代谢模式中的作用提供了证据[7]。

通过基于SNP的分析管道整合多个公开可用的数据集，以识别与吸烟相关的CpG位点，这些位点会介导对心血管代谢特征的影响，并研究其潜在的分子机制。在应用严格的统计标准后，在发现和复制阶段都检测到11个CpG位点与心血管代谢特征显著相关（p < 5 × 10-8）。通过整合eQTL数据，我发现了一些与这些相关位点相关的基因。在吸烟者中，cg05228408低甲基化，通过降低CLCN6基因的表达来提高血压。在吸烟者中，cg08639339高甲基化，通过增加RAB29的表达来降低代谢率；此外，我还注意到TMEM120A介导了吸烟-cg17325771对LDL的影响，而LTBP3介导了吸烟-cg07029024对心率的影响。通路分析确定了这些基因影响其特征的过程。这项研究提供了一组介导吸烟对心血管代谢特征影响的CpG位点，以及一个使用公开可用数据调查潜在分子途径的框架[8]。

这项研究的目的是确定与Nelore牛多种经济重要特征相关的功能性候选基因。在质量控制后，从52篇科学同行评审出版物中获取了1830个基因组区域，用于本研究。从中，为繁殖、胴体、生长和形态学特征分别注释了8569个、11,195个、5239个和3483个定位候选基因，并用于过表示分析。在过表示分析中确定的显著基因（调整后的p值<0.05）经过优先级分析，并对优先级排序的过表示候选基因进行了富集分析。优先级排序的候选基因是GFRA4、RFWD3、SERTAD2、KIZ、REM2和ANKRD34B用于繁殖；RFWD3、TMEM120A、MIEF2、FOXRED2、DUSP29、CARHSP1、OBI1、JOSD1、NOP58和LOXL1-AS1用于胴体；ANKRD34B和JOSD1用于生长特征；而形态学特征没有优先排序的基因。功能分析确定了以下基因：KIZ（在纺锤体组织方面发挥着至关重要的作用，这对于形成强大的有丝分裂中心体是必不可少的），DUSP29（参与肌肉细胞分化），以及JOSD1（参与蛋白质去泛素化，从而促进生长）。这项研究中确定的功能候选基因的富集表明，这些基因在Nelore牛繁殖、胴体和生长特征的表达中发挥着重要作用[9]。

尽管已经报道了许多非遗传因素能够调节肉鸡型鸟类的骨骼肌表型，但肌肉组特异性表型和分子反应的潜在机制以及肌肉组特异性分子和表型反应尚未完全清楚。在目前的研究中，总共使用了240只肉鸡型鸭子来比较地面养殖系统（FRS）和网箱养殖系统（NRS）对产后第4周（W4）、W8和W13时胸肌和腿肌的物理化学性质和全局基因表达谱的影响。结果表明，与FRS相比，NRS在早期产后阶段通常会导致胸肌或腿肌的pH值更高、亮度（L*）和黄色（b*）更低、滴水损失和烹饪损失更低、剪切力更低，但随后表现出不那么明显或甚至相反的影响。同时，观察到养殖系统根据肌肉组和发育阶段不同地改变了肌纤维特性。全基因组转录组分析显示，与FRS相比，NRS在W4时最广泛地改变了胸肌（BM）的基因表达，而在W13时改变了腿肌（TM）。这表明BM和TM对养殖系统和时期的异步分子反应。在BM或TM中，NRS和FRS之间的大多数差异表达基因富集在基因本体和京都基因与基因组百科全书术语中，这些术语与调节肌肉细胞功能、代谢和收缩活性以及组织重塑相关，表明类似的分子机制主要负责由养殖系统引起的两种肌肉组中的表型改变。然而，几个关键途径（例如，脂肪细胞因子信号传导、AGE-RAGE信号传导和细胞凋亡）和基因（例如，ANO6、ACER2、UCP3、DTL和TMEM120A）与不同养殖系统下肌肉组特异性适应性重塑密切相关。这些数据不仅有助于更好地理解肌肉质量的分子机制，还提供了对肌肉组特异性适应性重塑对环境刺激反应的分子原因的新见解[10]。

综上所述，TMEM120A是一种具有多种功能的蛋白质，在机械感知、脂质代谢、脂肪细胞分化、病毒感染、脂肪营养不良和肌肉发育等方面发挥着重要作用。它通过调节基因表达、作为脂质修饰酶，以及通过直接结合控制其他蛋白的亚细胞定位来影响这些过程。TMEM120A的研究有助于深入理解其在生物学功能和疾病发生机制中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。