Setd1a-KO 基因敲除小鼠

SETD1A，也称为SET1A，是一种重要的组蛋白H3K4甲基转移酶，属于SET1/COMPASS家族成员。SET1/COMPASS家族是一类保守的染色质调节因子，在维持染色质结构和调控基因表达方面发挥着重要作用。SETD1A通过在组蛋白H3的第4位赖氨酸（H3K4）上添加甲基基团，参与调控基因的转录活性。H3K4甲基化是一种重要的表观遗传修饰，与基因的激活和转录起始相关联。

SETD1A在胚胎发育和成体细胞中发挥着重要的作用。研究表明，SETD1A在胚胎早期发育过程中对于维持细胞命运决定和器官形成至关重要。在哺乳动物中，SETD1A和SETD1B是两个功能相关的同源基因，它们在胚胎发育过程中发挥着不同的功能。SETD1A在胚胎形成后不久就变得必需，而SETD1B在器官形成早期变得不可或缺。在成年小鼠中，SETD1A和SETD1B分别调节造血系统的不同方面：SETD1A对于建立 definitive 造血至关重要，而SETD1B对于维持长期造血干细胞至关重要[4]。

SETD1A在多种疾病中发挥着重要作用。研究表明，SETD1A的变异与神经系统疾病相关，包括神经发育障碍（NDDs）和神经精神疾病。SETD1A变异的患者表现出发育迟缓和先天性异常等特征。SETD1A和SETD2基因编码的组蛋白甲基转移酶在染色质介导的基因表达调控中发挥着关键作用。特定甲基化表型已在多种染色质基因相关的NDDs中被检测到，并已影响临床实践，通过改进变异致病性的解释[1]。此外，SETD1A变异也被发现与精神分裂症易感性相关。SETD1A缺陷小鼠表现出轴突分支和皮层突触动力学改变，伴随工作记忆缺陷。SETD1A结合启动子和增强子，与Mef2在增强子上的结合有显著的交集。SETD1A靶基因在锥体神经元中高度表达，并表现出复杂的转录上调和下调模式，这可能是SETD1A在启动子和Mef2结合的增强子上的对立功能所决定的。值得注意的是，进化的SETD1A靶基因与神经精神疾病遗传风险负担相关。在成年期重新建立SETD1A表达可以恢复认知缺陷。此外，还发现LSD1是SETD1A的主要拮抗去甲基化酶，其药理学拮抗可以完全恢复SETD1A缺陷小鼠的行为和形态缺陷[2]。

SETD1A在肿瘤发生和发展中也发挥着重要作用。SETD1A在乳腺癌中过表达，并支持有丝分裂过程。SETD1A通过启动子H3K4甲基化调节参与有丝分裂和DNA损伤反应的基因，其敲低导致染色体错位和分离缺陷。SETD1A敲低导致细胞周期停滞，与p53、RB和p16等已知的衰老介导因子的突变无关；相反，它是通过转录抑制SKP2来维持的，SKP2降解p27和p21。通过恢复SKP2表达而逃避衰老的稀有细胞表现出基因组不稳定性。在超过200种癌症细胞系和原发性循环肿瘤细胞中，SETD1A的表达与促进有丝分裂和细胞周期的基因相关，表明SETD1A在抑制由异常有丝分裂引起的衰老中起着广泛的作用。因此，SETD1A对于维持有丝分裂和增殖至关重要，其抑制会释放衰老的肿瘤抑制作用[3]。

SETD1A在白血病细胞生存中起着重要作用。SETD1A通过其非催化FLOS结构域介导的细胞周期素K募集和DNA损伤反应基因的调控，在白血病细胞生存中发挥着关键作用。研究发现SETD1A FLOS结构域与有丝分裂相关蛋白BuGZ/BUB3结合。抑制SETD1A中细胞周期素K和BuGZ/BUB3结合基序显示出协同的抗白血病作用。BuGZ/BUB3定位于SETD1A结合的启动子-TSS区域和SETD1A阴性H3K4me1阳性增强子区域，这些区域与SETD1A靶基因相邻。BuGZ的GLEBS基序和内在无序区域对于SETD1A结合和白血病细胞增殖都是必需的。细胞周期特异性SETD1A恢复实验表明，SETD1A在细胞周期的G1/S期表达促进了DNA损伤反应基因的表达和白血病细胞的细胞周期进展[5]。

SETD1A在成体神经干细胞（NSCs）的静默中起着重要作用。静默是成体NSCs的一个特征，对于维持NSC池以支持成年海马体中持续的神经发生至关重要。研究表明，SETD1A缺失的小鼠在成年后表现出扩大的海马齿状回（DG），并且有更多的颗粒细胞。在成年DG中，SETD1A的特异性缺失促进了静默NSCs的活化和神经发生，这可以通过抑制组蛋白去甲基化酶LSD1来抵消。机制上，RNA测序和CUT & RUN分析揭示了SETD1A缺失诱导的转录变化和许多SETD1A靶基因，其中Bhlhe40的下调促进了成年DG中静默NSCs的活化。因此，本研究揭示了一种SETD1A依赖的表观遗传机制，该机制在成年DG中维持NSC的静默[6]。

SETD1A在红细胞谱系分化和成熟中也发挥着重要作用。SETD1A和NURF复合物协同调节红细胞谱系分化过程中的染色质结构和基因激活。SETD1A和NURF复合物结合到启动子上，以细胞依赖性方式控制染色质结构的改变和基因激活。在人类原发性红细胞细胞中，USF1/2、H3K4me3和NURF复合物在红细胞基因的转录起始位点显著共富集，并且它们的结合与由核小体重排引起的启动子/增强子可及性的增加相关。SETD1A缺陷小鼠在红细胞谱系中表现出Ter119/CD71阳性红细胞减少、外周血红细胞和血红蛋白水平降低。SETD1A的缺失导致启动子相关H3K4甲基化减少，基因转录抑制和红细胞分化阻滞。这与NURF复合物在红细胞基因启动子上的占据减少和染色质可及性降低相关。SETD1A缺陷导致增强子和启动子环状相互作用减少以及红细胞基因表达降低，如成人β珠蛋白基因。这些数据表明SETD1A和NURF复合物在红细胞谱系分化过程中特异性地靶向并协同调节红细胞启动子染色质动态[7]。

SETD1A在急性髓性白血病（AML）细胞生存中也发挥着重要作用。SETD1A降解导致与DNA修复和血红素生物合成途径相关的转录本立即下调。基于CRISPR的功能分析和代谢组学揭示了SETD1A在维持AML细胞线粒体呼吸中的重要作用。SETD1A降解破坏了非酶促SETD1A结构域依赖性细胞周期素K功能，增加了转录起始位点（TSS）处的Ser5P RNA聚合酶II（RNAPII），并以链特异性方式诱导RNAPII的启动子近端暂停。这项研究揭示了SETD1A在转录暂停释放中的非酶促作用，并为RNA聚合酶II暂停的机制及其在癌症中的作用提供了见解[8]。

SETD1A在肝细胞癌（HCC）干细胞的干细胞特性中也发挥着重要作用。SETD1A和Trithorax组蛋白修饰酶的其他成员驱动HCC中的癌细胞干细胞特性。SETD1A与HCC患者的预后不良相关。SETD1A和血清α胎蛋白的组合显著提高了预测HCC复发的准确性。机制上，SETD1A介导各种组蛋白修饰酶的转录激活，促进三甲基化H3K4（H3K4me3）和H3K27me3的沉积，并激活致癌增强子和超级增强子，导致在肝脏CSC中同时激活致癌基因和失活肿瘤抑制基因。此外，SETD1A与胞质多腺苷酸结合蛋白1协同调节致癌基因上的H3K4me3修饰。这些数据确定了SETD1A作为驱动HCC干细胞特性和进展的关键表观遗传调节因子，突出了SETD1A作为HCC干预和治疗的候选靶点的潜力[9]。

综上所述，SETD1A是一种重要的组蛋白H3K4甲基转移酶，在维持染色质结构和调控基因表达方面发挥着重要作用。SETD1A在胚胎发育、神经系统疾病、肿瘤发生和发展以及红细胞谱系分化等方面发挥着重要作用。SETD1A的研究有助于深入理解染色质调控的机制和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。