Cfap300-KO 基因敲除小鼠

Cfap300（也称为C11orf70）是一种编码与原发性纤毛运动障碍（PCD）相关的蛋白质的基因。PCD是一种罕见的遗传性疾病，其特征是慢性呼吸道感染和某些情况下出现的内脏定位缺陷和不孕。这种疾病是由运动纤毛的功能障碍引起的，运动纤毛是细胞外突的毛状细胞器，负责从呼吸道中清除粘液并在胚胎发育期间组织内部器官的位置。PCD是由编码运动纤毛的结构或装配蛋白的基因突变引起的。到目前为止，已经确定了50多个基因的突变，这些变异解释了大约70%的所有已知病例。已经报道了PCD的种群特异性遗传学，这突出了在不同种群中表征基因变异以开发基于基因的诊断的重要性。

在一项研究中，研究人员在芬兰的PCD患者中发现了一个重复的失功能突变c.198_200delinsCC，导致蛋白质产物的缺失。患有这种CFAP300突变的患者表现出呼吸道上皮纤毛的不可动性，其纤毛轴丝中缺失了动力臂。此外，使用超分辨率显微镜，研究人员表明CFAP300在正常的人呼吸道上皮细胞中沿着纤毛运输，这表明CFAP300除了在细胞质中预组装之外，还在动力复合物运输中发挥作用。这些结果表明CFAP300在动力臂组装中的重要性，并改善了芬兰PCD的诊断[1]。

另一项研究对俄罗斯PCD患者的致病性基因变异进行了特征描述。PCD是一种由纤毛和鞭毛运动缺陷引起的罕见遗传异质性疾病，其临床表型通常包括慢性耳鼻肺疾病、不孕症，以及约一半病例的左右身体不对称性。到目前为止，已经报道了50多个基因的致病性变异，这些基因负责运动纤毛的结构和组装。虽然已经描述了来自不同国家的PCD队列中的多种种群特异性突变，但关于俄罗斯人群PCD的遗传谱的数据仍然非常有限。该研究提供了21个俄罗斯家庭的临床和遗传特征，这些家庭居住在不同的国家地区。在大多数情况下，定制的面板测序使得研究人员能够揭示已知或很少提到的PCD相关基因中的致病性变异，包括DNAH5、DNAH11、CFAP300、LRRC6、ZMYND10、CCDC103、HYDIN、ODAD4、DNAL1和OFD1。这些变异包括常见突变以及新的遗传变异，其中一些可能是俄罗斯患者的特异性变异。对来自纤毛细胞的mRNA转录物的额外靶向分析使研究人员能够确定新发现的DNAH5（c.2052+3G>T、c.3599-2A>G）、HYDIN（c.10949-2A>G、c.1797C>G）和ZMYND10（c.510+1G>C）基因变异对剪接过程的功能影响。特别是，在四个无关家庭中检测到的剪接位点变异c.2052+3G>T导致DNAH5转录本中跳过了外显子14，根据受影响先证者的单倍型分析，该变异被提议为乌德穆尔特人群中的祖先奠基者突变。报告的数据为俄罗斯人群原发性纤毛运动障碍的遗传背景提供了重要的见解。研究结果清楚地说明了基因面板测序与转录分析相结合在识别和临床解释新的遗传变异方面的实用性[2]。

在另一项研究中，研究人员使用全外显子组测序（WES）研究了阿拉伯-穆斯林血统的30个无关联先证者的异位和伴发先天性心脏病。通过WES，研究人员为30个先证者中的17个（56.7%）达到了分子诊断。在异位和/或PCD中已知与基因相关的基因中，发现了纯合性致病性或可能致病性变异，包括CFAP53（CCDC11）、CFAP298（C21orf59）、CFAP300、LRRC6、GDF1、DNAAF1、DNAH5、CCDC39、CCDC40、PKD1L1和TTC25。此外，研究人员在DAND5中检测到一个纯合性致病性突变，这是人类异位的新的隐性单基因原因。三个额外的先证者被发现携带意义不明的变异。这些包括DNAH6、HYDIN、CELSR1和CFAP46中的变异。这些发现有助于当前关于异位和其伴发先天性心脏病单基因原因的知识，并突出了下一代测序技术在诊断此类患者中的重要作用，尤其是在近亲家庭中[3]。

研究人员对120名未确定遗传原因的波兰PCD患者进行了全外显子测序，发现了CFAP300（别名C11orf70）中的突变。在波兰PCD队列中的扩展筛查显示，其他地方罕见的c.[198_200 del_insCC]变异的相对高频（3.6%），表明它应该包括在斯拉夫人群的PCD种群特异性遗传测试中。对CFAP300突变患者的呼吸道上皮细胞进行的免疫荧光分析揭示了外层和内层动力臂标记物的缺失或异常定位，这与透射电子显微镜图像一致，表明动力臂缺失。有趣的是，CFAP300突变患者的DNAH5和DNALI1蛋白的离散定位表明，预组装的外层和内层动力臂向轴丝的转运具有不同的机制。CFAP300在悬浮培养中的纤毛形成过程中的表达模式与其在纤毛组装中的作用一致。在模式生物线虫Schmidtea mediterranea中进行基因沉默实验，指出CFAP300在纤毛功能中的保守作用[4]。

在一项研究中，研究人员通过全外显子组测序（WES）在一名中国PCD患者中发现了一个新的CFAP300纯合突变。该先证者具有PCD表型，具有内脏缺陷和不可动精子鞭毛，表现出内层动力臂（IDA）和外层动力臂（ODA）的联合丢失。生物信息学程序预测该突变是有害的。通过卵胞浆内单精子注射（ICSI）成功实现了妊娠。这些结果扩展了PCD中CFAP300变异的范围，并为受CFAP300突变影响的PCD导致的夫妇提供了生殖指导[5]。

在一项研究中，研究人员对印度67名疑似PCD患者的遗传特征进行了研究。在67名患者中，他们发现了108个独特的变异，这些变异分布在40个基因中。在29例确诊的PCD病例中，他们在16个基因中发现了变异，包括LRRC6/DNAAF11（5）、DNAH5（3）、CCDC39（3）、HYDIN（3）、DNAH11（2）、CCDC40（2）、CCDC65（2）、DNAAF3、DNAAF2、CFAP300、RPGR、CCDC103、CCDC114、SPAG1、DNAI1和DNAH14各一个。研究结果表明，LRRC6、DNAH5、CCDC39和HYDIN是印度患者确诊PCD中常见的基因。这些发现表明，需要为印度人群开发一个单独的PCD遗传面板[6]。

在一项研究中，研究人员使用靶向下一代测序面板对受影响的个体进行筛选，以识别致病性突变。他们发现两个无关联的家庭（三个受影响的儿童）具有未表征的C11orf70基因（官方基因名称CFAP300）中的突变。受影响的儿童在早期生活中表现出一致的PCD表型，具有内脏缺陷和不可动的呼吸道纤毛，显示出内层和外层动力臂（IDA+ODA）的联合丢失。系统发育分析表明，C11orf70高度保守，与参与纤毛动力臂的轴丝内运输（IFT）依赖性组装的蛋白质在物种中的分布相似。草履虫C11orf70 RNAi敲低导致纤毛IDA+ODA的联合丢失，纤毛摆动和游泳速度降低。在草履虫和莱茵衣藻中，标记的C11orf70主要定位于细胞质中，少量定位于纤毛成分中。IFT139/TTC21B（IFT-A蛋白）和FLA10（IFT驱动蛋白）耗竭实验表明，其纤毛内的转运是IFT依赖性的。在纤毛形成过程中，C11orf70在纤毛尖端积累，分布类似于IFT-B蛋白IFT46。总之，C11orf70对动力臂的组装至关重要，C11orf70突变导致纤毛运动缺陷和PCD[7]。

在一项研究中，研究人员在塞浦路斯的全国PCD队列中对48名希腊-塞浦路斯血统和其他血统的患者进行了39个PCD基因的靶向下一代测序（NGS）。在测试的无关联家庭中，他们实现了74%的分子诊断。他们确定了11个基因中的24个不同突变，其中12个是新的。在希腊-塞浦路斯患者中，同种性比非希腊-塞浦路斯患者更常见（88% vs. 46.2%，p=0.016）。四个突变（DNAH11:c.5095-2A>G、CFAP300:c.95_103delGCCGGCTCC、TTC25:c.716G>A、RSPH9:c.670+2T>C）在74%的确诊希腊-塞浦路斯家庭中发现。携带RSPH9突变的患者表现出比其他队列患者更高的鼻一氧化氮（57 vs. 15 nl/min，p <.001）、更高的1秒用力呼气量（-0.89 vs. -2.37，p=0.018）和用力肺活量（-1.00 vs. -2.16，p=0.029）z分数。靶向多基因面板NGS是一种有效的工具，可用于PCD的早期诊断，提供对遗传疾病流行病学的见解，并改善患者分层[8]。

在一项研究中，研究人员报告了不同轴丝动力臂预组装突变男性的生育状况。除了泌尿科检查外，研究人员还通过高速视频和透射电子显微镜以及通过免疫荧光显微镜系统地比较了精子鞭毛和呼吸道纤毛中动力臂的组成，来功能和结构地分析了受影响个体的精子鞭毛。此外，研究人员还分析了动力臂预组装突变精子中的鞭毛长度。研究人员发现，轴丝动力臂预组装过程对精子也非常重要，通过确定这些个体中运动精子动力臂ODA和IDA的缺陷。有趣的是，这些突变精子始终表现出ODA的完全丢失，而来自同一个体的某些呼吸道纤毛可以保留近端纤毛轴丝中的ODA。这与报道的精子中仅存在一种ODA类型，而近端和远端呼吸道纤毛轴丝中存在两种不同的ODA类型的报道一致。与模型生物体中的观察结果一致，研究人员还确定这些个体的精子鞭毛长度显著减少。这些发现对于后续研究PCD患者和非性状性不育男性的精子鞭毛功能和组成具有重要意义。这项研究有助于更好地了解PCD受影响男性的生育状况，并应帮助为受影响的男性和他们的家庭提供遗传和泌尿科咨询[9]。

综上所述，CFAP300是一种重要的基因，其突变与原发性纤毛运动障碍（PCD）的发生发展密切相关。CFAP300突变会导致纤毛功能障碍，从而引起慢性呼吸道感染、内脏定位缺陷和不孕症等临床表现。研究结果表明，CFAP300在动力臂组装和纤毛功能中发挥着重要作用，其突变会破坏动力臂的运输和组装，导致纤毛运动缺陷和PCD。此外，CFAP300突变还可能影响其他器官中运动纤毛的功能，如精子鞭毛，导致男性不育。因此，对CFAP300突变的研究有助于深入理解PCD的发病机制，并为PCD的诊断、治疗和预防提供新的思路和策略。