Lrrc10-KO 基因敲除小鼠

Lrrc10，也称为Leucine-rich repeat containing 10，是一种心脏特异性基因，编码一个含有多个亮氨酸重复序列的蛋白质。Lrrc10的表达主要局限于胚胎和成年的心肌细胞中，表明它在心脏发育和功能中发挥着重要作用。该基因的表达模式在出生时显著升高，提示其在胚胎和成人心脏中均发挥作用。在心肌细胞中，Lrrc10表现出动态的细胞内表达模式，从胚胎和新生儿心肌细胞的弥漫性细胞质和核染色，到成年心肌细胞中与Z线、 sarcoplasmic reticulum（SR）和横纹（T）-管标记共定位的显著条纹。进一步的电子显微镜研究表明，Lrrc10位于一个二联区域，其中SR与沿Z线定位的T-管相互作用[5]。这些表达模式表明Lrrc10可能在心肌细胞的结构和功能中发挥着关键作用。

Lrrc10的缺失会导致一系列心脏功能障碍，包括扩张型心肌病（DCM）。在Lrrc10基因敲除小鼠模型中，观察到胚胎期的心脏功能障碍和出生后扩张型心肌病的发生。这些小鼠在子宫内就表现出心脏功能减弱，早于成年后观察到的心室扩张。此外，Lrrc10缺失小鼠的心脏中，氧化磷酸化和心脏肌肉收缩途径的表达上调，而肥厚信号转导途径中的Akt和PKCε的活性形式增加。这些数据表明，LRRC10对于哺乳动物心脏的正常功能至关重要，并且是扩张型心肌病的一个新的候选基因[2]。

在转录调控方面，Lrrc10被确定为Nkx2-5和GATA4的转录靶点。Lrrc10启动子区域包含两个高度保守的心脏调节元件，这些元件在心肌细胞中具有功能，但在成纤维细胞中没有。体内实验表明，Nkx2-5和GATA4在心脏中分别占据Lrrc10的近端和远端心脏调节元件。Nkx2-5基因敲除小鼠的胚胎心脏中Lrrc10的表达显著降低。这些数据证明了Nkx2-5和GATA4在体内调节Lrrc10表达的重要性。近端心脏调节元件位于大约-200bp处，由Nkx2-5和GATA4协同激活，而远端心脏调节元件位于大约-3kb处，需要SRF以及Nkx2-5和GATA4的协同激活。突变分析确定了一对相邻的Nkx2-5和GATA结合位点，这些位点对于诱导Lrrc10的表达是必需的。相比之下，在远端调节元件中，只有GATA位点具有功能。这些数据表明，转录因子Nkx2-5和GATA4协同调节Lrrc10的心脏特异性表达[1]。

Lrrc10在心脏中的作用机制可能与细胞骨架的调节有关。LRRC10在心脏中与α-肌动蛋白和α-肌动蛋白相互作用，并且与所有肌动蛋白异构体在体外相互作用。基因表达分析表明，Lrrc10缺失的心脏中，与肌动蛋白细胞骨架调节相关的途径和转录本的表达显著上调，这表明肌动蛋白细胞骨架的失调可能是Lrrc10缺失时的早期缺陷性分子信号。此外，LRRC10在心脏中与α-肌动蛋白和α-肌动蛋白相互作用，并且与所有肌动蛋白异构体在体外相互作用。基因表达分析表明，Lrrc10缺失的心脏中，与肌动蛋白细胞骨架调节相关的途径和转录本的表达显著上调，这表明肌动蛋白细胞骨架的失调可能是Lrrc10缺失时的早期缺陷性分子信号。此外，LRRC10的缺失导致心脏中氧化磷酸化和心脏肌肉收缩途径的表达上调，而肥厚信号转导途径中的Akt和PKCε的活性形式增加。这些数据表明，LRRC10可能通过调节肌动蛋白细胞骨架和能量代谢来维持心脏的正常功能[2]。

除了在心脏发育和疾病中的作用，Lrrc10还与一些心脏相关疾病有关，如突然不明原因的夜间死亡综合症（SUNDS）。在SUNDS患者中，发现了一个预测为恶性的LRRC10突变p.E129K，这是在80个已知与心律失常/心肌病相关的基因中唯一发现的突变。此外，还发现了一个罕见的LRRC10突变p.P69L可能对一个SUNDS患者和一个Brugada综合征家族成员的遗传原因有贡献。这些结果表明，LRRC10可能是SUNDS的一个新的易感基因，并且LRRC10的突变可能与Brugada综合征相关的心律失常有关[3]。

此外，LRRC10的突变与特发性扩张型心肌病（DCM）有关。在一项研究中，对220例特发性DCM患者进行了LRRC10基因的全编码区和侧翼剪接位点测序。结果发现，在两个DCM家族中分别鉴定到了两个新的杂合LRRC10突变p.L41V和p.L163I，突变发生率为~0.91%。家系遗传分析表明，在两个家族中，突变与DCM的共分离表明突变以常染色体显性遗传方式传递，并且具有完全的外显率。这些突变在400个对照染色体中不存在，并且突变的氨基酸在多种物种中完全保守。功能分析表明，LRRC10突变是致病的。这项研究首次报道了LRRC10突变与人类DCM易感性增强的相关性，为DCM的分子机制提供了新的见解，并为DCM的预防和治疗策略的开发做出了贡献[4]。

综上所述，Lrrc10是一个心脏特异性基因，编码一个含有多个亮氨酸重复序列的蛋白质。Lrrc10的表达主要局限于胚胎和成年的心肌细胞中，在心脏发育和功能中发挥着重要作用。LRRC10的缺失会导致扩张型心肌病，并且与一些心脏相关疾病有关，如突然不明原因的夜间死亡综合症（SUNDS）和特发性扩张型心肌病（DCM）。LRRC10的突变与DCM的易感性增强相关，为DCM的分子机制提供了新的见解，并为DCM的预防和治疗策略的开发做出了贡献。LRRC10的研究有助于深入理解心脏发育和疾病的分子机制，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。