Foxj3-KO 基因敲除小鼠

Foxj3，全称为Forkhead box J3，是一种在哺乳动物中表达的Forkhead转录因子。它属于Forkhead-box (FOX)基因家族，这个家族至少有43个成员，包括FOXA1、FOXA2、FOXA3、FOXB1、FOXC1、FOXC2等[1]。FOX基因家族成员在动物发育过程中发挥着重要的调节作用，它们参与细胞命运决定、增殖和分化等生物学过程。

Foxj3基因编码一个由623个氨基酸组成的蛋白质，其mRNA长度至少为4.8 kb。在胚胎发育过程中，Foxj3在神经外胚层、神经嵴及其衍生结构（如面听、三叉和背根神经节）中表达。在E10.5阶段，Foxj3的表达在肌节部位出现条纹，并向腹侧扩展，类似于发育中的体壁肌肉。此外，Foxj3在发育中的肢体中也有复杂的表达模式，在E12.5阶段与骨骼原基的致密间充质共定位[3]。

研究发现，Foxj3在脂肪组织中表达，并且其表达受冷暴露和β-肾上腺素能激动剂的刺激。在脂肪组织中特异性敲除Foxj3基因会损害棕色脂肪的热生成功能，导致棕色脂肪组织形态上的白化并引发肥胖。脂肪组织中Foxj3缺乏的小鼠在喂食普通饮食时表现出空腹血糖水平升高和肝脂肪变性。此外，Foxj3缺乏还抑制了鼠股白脂肪组织(iWAT)在β3-激动剂处理后的褐变。Foxj3在原代棕色脂肪细胞中的耗竭降低了热生成基因的表达和细胞呼吸，这表明Foxj3对热生成程序的影响是细胞自主性的。相比之下，在原代棕色脂肪细胞中过表达Foxj3增强了热生成程序。此外，通过AAV介导的Foxj3在棕色脂肪和iWAT中的过表达增加了能量消耗并改善了全身代谢，无论是在普通饮食还是高脂肪饮食下。最后，脂肪组织中Foxj3的缺失抑制了β3-激动剂介导的WAT褐变和棕色脂肪组织热生成。机制上，冷诱导的Foxj3刺激了PGC-1α和UCP1的表达，从而促进能量消耗。这项研究确定了Foxj3是脂肪热生成的关键调节因子，靶向脂肪组织中的Foxj3可能是治疗肥胖和代谢疾病的治疗策略[2]。

另外，Foxj3还在骨骼肌中表达，并通过转录激活Mef2c基因来调节成年骨骼肌纤维类型身份。Foxj3突变小鼠的存活能力虽然正常，但与野生型对照组相比，I型慢肌纤维明显减少，骨骼肌收缩功能受损。在严重损伤后，Foxj3突变小鼠的肌肉再生能力受损。Foxj3突变肌源性祖细胞的细胞周期动力学受损，Mef2c的表达减少。对Mef2c基因的骨骼肌5'上游增强子的分析揭示了一个保守的叉头结合位点(FBS)。在C2C12成肌细胞中进行的转录分析表明，Foxj3以剂量依赖性方式转录激活Mef2c基因，并绑定到保守的FBS上。这些研究支持了Foxj3通过转录激活Mef2c基因来调节肌纤维身份和肌肉再生的假设[7]。

在结直肠癌细胞和患者组织中，ITGA5基因的环状RNA能作为miRNA-107的海绵，调节叉头框J3(FOXJ3)基因的表达。ITGA5环状RNA在结直肠癌组织和细胞系中的表达明显降低。高表达的ITGA5环状RNA抑制了结直肠癌细胞系的增殖和细胞迁移，并促进了结直肠癌细胞的凋亡。荧光素酶报告基因实验证实，ITGA5环状RNA与miR-107结合，直接靶向FOXJ3。这些结果表明，ITGA5环状RNA可能作为miR-107的海绵来上调FOXJ3的表达，在结直肠癌细胞中发挥肿瘤抑制作用[4]。

在舌鳞状细胞癌(TSCC)中，7SK作为一种抗肿瘤因子发挥作用。7SK在人类TSCC中下调，并通过细胞迁移实验和异种移植小鼠模型等多种细胞实验证明其为TSCC的抑制因子。7SK的表达水平与73名自收TSCC患者的肿瘤大小呈负相关。通过7SK敲除的RNA测序和已发表的7SK ChIRP-seq数据结合分析，我们发现7SK调节的27个基因中，有27个参与了肿瘤调控，其上游调控区域被7SK结合。基序分析表明，这些基因的调控序列富集了转录因子FOXJ3和THRA的结合位点，提示FOXJ3和THRA可能参与7SK调控的基因。有趣的是，TSCC患者中FOXJ3水平的升高以及先前关于THRA在其他癌症中的报道表明，这两种因子可能促进TSCC的进展。支持这一观点的是，我们发现27个上述7SK相关基因中的21个受FOXJ3和THRA的调节，其中12个基因被7SK和FOXJ3/THRA反向调节。我们还发现，FOXJ3和THRA显著促进了SCC15细胞的迁移。总之，我们确定了7SK是一种抗肿瘤因子，并提出了FOXJ3和THRA可能参与7SK介导的TSCC进展的潜在作用[5]。

RGS1增强子RNA通过募集转录因子FOXJ3并促进RA中通过PLC-IP3R依赖性Ca2+反应的破骨细胞生成来促进基因转录。根据生物信息学预测，在破骨细胞中，RGS1相关增强子RNA(eRNA)被高度激活。在胶原诱导性关节炎小鼠以及M-CSF/soluble RANKL刺激的巨噬细胞（由单核细胞衍生而来）中，RGS1 mRNA增加。这归因于RGS1 eRNA活性的增加。沉默5'-eRNA阻止了叉头框J3(FOXJ3)与RGS1启动子的结合，从而抑制了RGS1的转录。RGS1通过PLC-IP3R依赖性Ca2+反应加速了破骨细胞生成。敲低FOXJ3或RGS1可减轻关节炎的严重程度，改善病理变化，并在体内和体外减少破骨细胞生成和骨侵蚀。然而，FOXJ3敲低的效果被RGS1过表达所抵消。总之，这项研究表明，RGS1 eRNA驱动FOXJ3/RGS1轴的转录激活通过PLC-IP3R依赖性Ca2+反应加速了RA中的破骨细胞生成。这一发现为eRNA在基因转录和RA破骨细胞生成中的作用提供了新的见解[6]。

Foxj3在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括脂肪热生成、骨骼肌分化、肿瘤发生和骨代谢。Foxj3通过调节相关基因的表达，参与细胞命运决定、增殖、分化和能量代谢等生物学过程。Foxj3的研究有助于深入理解Forkhead转录因子的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。