Rapgef3-KO 基因敲除小鼠

基因Rapgef3编码哺乳动物交换蛋白直接激活cAMP同源物1（EPAC1），它是cAMP传感器的两个成员之一，通过作为Ras样Rap小GTP酶的鸟苷酸交换因子来介导cAMP的细胞内功能。EPAC1介导的cAMP信号传导在空间和时间上高度协调，通过形成动态信号体，与多种细胞伴侣相互作用。最近对基因工程小鼠模型的功能分析进一步表明，EPAC1作为重要的应激反应开关，参与心脏应激、慢性疼痛、癌症和传染病的病理生理状况。这些发现，加上EPAC特异性小分子调节剂的发展，证实EPAC1是一个有希望的药物干预靶点[1]。

基因组关联研究（GWAS）已经确定了250多个与体重指数（BMI）相关的位点，这些位点与神经生物学相关。大多数GWAS位点代表了一组共同的、非编码变异，这些变异来自难以确定因果基因的簇。这里，研究人员结合了718,734个人的数据，发现了与BMI相关的罕见和低频（等位基因频率（MAF）< 5%）的编码变异。在13个基因中，发现了14个编码变异，其中8个变异位于13个新发现的人类肥胖相关基因中，包括ZBTB7B、ACHE、RAPGEF3、RAB21、ZFHX3、ENTPD6、ZFR2和ZNF169[2]。

在慢性肾脏病中，EPAC1信号传导的作用知之甚少。研究人员检查了EPAC1在肾小球肾炎（GN）进展中的作用。他们首先观察到，小鼠中EPAC1的基因缺失加速了肾毒性血清（NTS）诱导的GN的进展。然后，他们生成了具有足细胞特异性条件性EPAC1缺失的小鼠，并表明这些小鼠中的NTS诱导的GN有所加剧。在体外，EPAC1激活在人类足细胞细胞系中增加了线粒体功能，以应对应激条件下的额外能量需求。此外，EPAC1诱导的糖酵解和乳酸产生提高了足细胞的存活率。为了验证EPAC1激活在体内的治疗潜力，研究人员在诱导GN后，对野生型小鼠给予EPAC1选择性cAMP类似物8-pCPT。8-pCPT通过改善肾功能和减少结构损伤和肾脏炎症来减轻GN的进展。重要的是，8-pCPT对足细胞中EPAC1缺失的小鼠没有有益作用。因此，这些数据表明，EPAC1激活通过重新编程足细胞代谢来保护GN，因此，靶向EPAC1激活可能代表了一种有潜力的治疗途径[3]。

作为最重要的第二信使之一，3',5'-环腺苷酸单磷酸（cAMP）介导各种细胞外信号，包括激素和神经递质，并在不同类型的细胞中诱导适当的反应。由于cAMP以前被认为仅通过两个直接靶分子——蛋白激酶A和环核苷酸门控通道——传递信号，因此，1998年发现cAMP的另一种新型直接效应因子[交换蛋白直接激活cAMP（Epac）]引起了科学界的极大兴趣。自那时以来，对Epac的大量研究已经揭示了它在体内各种组织中的重要作用。最近，对各种致病模型中基因操作小鼠的观察开始揭示了以前在体外或细胞水平上发现的Epac体内意义。这里，研究人员关注了Epac在心脏中的作用。越来越多的证据表明，Epac1和Epac2在生理和病理条件下心脏的结构和功能中发挥着重要作用。因此，开发通过Epac调节cAMP介导的信号传导的能力可能会导致治疗心脏疾病的新疗法[4]。

有强有力的证据表明，遗传因素影响早产儿视网膜病变（ROP），这是一种血管新生性眼病。先前有研究表明，β-肾上腺素受体（ADRβ）途径中基因的多态性可能对ROP有保护作用。ADRβ的拮抗剂正在ROP治疗临床试验中积极测试，但也存在争议和安全问题。这项研究旨在评估ADRβ信号途径中的遗传变异是否与ROP的风险有关。在早产儿参与者中，30名患有ROP，34名没有ROP，20名足月出生的对照者，他们被分为发现队列和验证队列。ROP的定义使用国际早产儿视网膜病变分类标准（ICROP）。在发现队列中，对ADRβ途径中的20个基因进行了靶向测序。使用PCR/限制性内切酶分析方法对一些发现的ROP相关变异进行了验证。发现队列在20个ADRβ途径的基因中发现了543个双等位基因变异。在5个基因中发现了10个单核苷酸变异（SNVs），包括蛋白激酶A调节亚基1α（PRKAR1A）、Rap鸟苷酸交换因子3（RAPGEF3）、腺苷酸环化酶4（ADCY4）、ADCY7和ADCY9，这些基因与ROP相关（P < .05）。最显著的SNV发现于PRKAR1A（P = .001）。RAPGEF3的3'-非翻译区（3'UTR）中的多个变异也与ROP相关（P < .05）。PCR/限制性内切酶分析3'UTR的RAPGEF3方法学上验证了这些发现。PRKAR1A中的SNVs可能代表保护因素，而RAPGEF3中的SNVs可能代表ROP的风险因素。PRKAR1α以前被认为与视网膜血管发育有关，而RAPGEF3产物在维持血管屏障功能方面发挥作用，这两个过程对ROP都很重要。这些新发现的风险因素的多中心验证可能导致有价值的工具，用于预测和预防严重ROP的发展[5]。

听力丧失在人类寿命的两端都很常见，形式为先天性耳聋和年龄相关性听力丧失。虽然这些通常是分开研究的，但有越来越多的证据表明，它们的遗传基础至少部分是重叠的。特别是，与单基因形式的听力丧失相关的基因中的常见和罕见变异，也有助于多基因基础的年龄相关性听力丧失。研究人员在宾夕法尼亚医学生物银行——一个由约40,000名具有链接遗传和电子健康记录数据的个人组成的医疗保健系统队列——中直接测试了这种模型。他们表明，孟德尔听力丧失基因中预测的有害变异负担增加与成人发病性听力丧失的风险和严重程度增加相关。具体来说，他们发现了一个基因——TCOF1，负责一种综合征性先天性听力丧失——在该基因中的有害变异也与成人发病性听力丧失相关。他们还确定了另外四个候选基因（COL5A1、HMMR、RAPGEF3和NNT），在这些基因中，罕见变异负担可能与听力丧失相关。他们的结果证实，孟德尔听力丧失基因中的罕见变异有助于多基因听力丧失风险，并强调了医疗保健系统队列在研究常见复杂特征和疾病方面的实用性[6]。

B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）是最常见的血液癌症类型。虽然缓解率有所提高，但B-ALL的当前治疗选择通常与不良反应和复发相关，因此需要寻找其他治疗选择。G蛋白信号调节因子1（GPSM1）是影响G蛋白信号系统基本活动的几个因素之一，但其在B-ALL中的作用尚未阐明。在这项研究中，研究人员分析了Oncomine数据库中GPSM1的表达，发现B-ALL细胞中的GPSM1水平高于外周血单个核细胞（PBMCs）。GEPIA分析表明，GPSM1水平高的患者的生存时间短于GPSM1水平低的患者。此外，基因集富集分析（GSEA）表明，GPSM1与增殖、G蛋白偶联受体（GPCR）配体结合、Gαs信号传导和钙信号传导途径呈正相关。在进一步的实验中，GPSM1在急性淋巴细胞白血病（ALL）细胞系中高度表达，而GPSM1的敲低抑制了B-ALL细胞系的增殖和促进细胞周期阻滞和凋亡。此外，他们还报告了GPSM1通过ADCY6-RAPGEF3调节JNK表达。本研究表明，GPSM1通过调节ADCY6-RAPGEF3-JNK信号通路促进B-ALL细胞中的肿瘤生长[7]。

阿尔茨海默病（AD）和2型糖尿病（DM）在现代社会的发病率有所增加。尽管越来越多的证据支持DM易患AD，但两者之间的相互关系机制尚未完全阐明。这项研究的主要目的是探索AD和DM的共同病理生理机制。研究人员从基因表达综合数据库（GEO）下载了AD和DM的表达矩阵，序列号分别为GSE97760和GSE95849。通过limma包分析，确定了339个共同的差异表达基因（DEGs）。随后，他们进行了六种模块分析：基因功能注释、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络、潜在药物筛选、免疫细胞浸润、枢纽基因识别和验证、以及转录因子（TFs）的预测。随后，他们分析了339个共同的差异表达基因（DEGs），功能分析强调了免疫、激素、细胞因子、神经递质和胰岛素在这些疾病中的重要性。此外，5-羟色胺能突触、卵巢类固醇生成、雌激素信号通路和脂解的调节与两者密切相关。将DEGs输入CMap数据库，筛选出可能逆转AD和DM病理功能的小分子化合物。在筛选的小分子化合物中，L-690488、依西美坦和BMS-345541排名前三。最后，使用cytoHubba鉴定了10个关键的枢纽基因，包括PTGS2、RAB10、LRRK2、SOS1、EEA1、NF1、RAB14、ADCY5、RAPGEF3和PRKACG。对于AD的特征性Aβ和Tau病理学，RAPGEF3与AD显著正相关，而NF1与AD显著负相关。此外，他们还发现ADCY5和NF1与DM表型显著相关。其他数据集验证了NF1、RAB14、ADCY5和RAPGEF3可以用于识别AD合并DM的关键标志物。同时，免疫细胞浸润评分反映了两种疾病不同的细胞免疫微环境。他们的研究揭示了AD和DM的共同发病机制。这些共同的途径和枢纽基因为这两个疾病的发病机制或治疗提供了进一步探索的方向[8]。

第二信使3',5'-环腺苷酸单磷酸（cAMP）是心脏中最重要的信号分子之一，因为它调节许多生理和病理生理过程。除了传统的蛋白激酶A（PKA）信号通路外，交换蛋白直接激活cAMP（Epac）介导cAMP的细胞内功能，并且现在被认为是心脏病理生理学中一个新的关键cAMP效应因子。在这篇综述中，研究人员提供了关于发现针对Epac1亚型的新化学实体的新进展的视角，并说明了它们在研究Epac1信号体和心脏细胞中的功能特征方面的用途。他们总结了Epac1在心肌细胞不同亚区室中的作用，并讨论了cAMP-Epac1特异性信号网络可能如何有助于心脏疾病的发展。他们还强调了针对心脏疾病的治疗潜力，使用Epac1选择性小分子[9]。

Dishevelled、EGL-10和pleckstrin（DEP）结构域是一种球状蛋白结构域，存在于约十个人类蛋白家族中，具有明确的结构特征。一种观点正在出现，即DEP结构域主要在空间和时间上控制各种信号转导事件，通过将蛋白质招募到质膜上。DEP结构域可以与膜上的各种伴侣相互作用，包括磷脂和膜受体，它们的结合受调控[10]。

综上所述，基因Rapgef3编码的EPAC1在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括心脏应激、慢性疼痛、癌症和传染病的病理生理状况。EPAC1通过重新编程足细胞代谢来保护肾小球肾炎，并且在心脏的结构和功能中发挥着重要作用。此外，RAPGEF3的遗传变异与体重指数、早产儿视网膜病变和成人发病性听力丧失的风险相关。因此，RAPGEF3是一个有希望的药物干预靶点，其研究有助于深入理解cAMP信号传导的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。