Tmem154-KO 基因敲除小鼠

TMEM154，也称为跨膜蛋白154，是一种编码跨膜蛋白的基因。跨膜蛋白在细胞膜上形成通道，允许物质跨过细胞膜。TMEM154基因在细胞内发挥重要作用，与多种生物学过程有关，包括细胞信号传导、细胞凋亡和细胞增殖。

TMEM154基因与多种疾病的发生和发展有关。例如，研究发现，TMEM154基因的突变与羊的易感性有关，使得羊更容易感染小反刍兽疫病毒（SRLV）。SRLV是一种病毒，可导致羊的多器官疾病，如羊慢性肺炎，严重影响羊的生产和福利。在巴西和美国，研究人员通过两种不同的SNP基因分型方法，Fluidigm和KASP，估算了TMEM154基因的等位基因频率。研究发现，在巴西品种中，存在25种TMEM154单倍型，而在美国品种中，存在4种单倍型。与易感性相关的单倍型几乎存在于所有品种中，这表明可以通过选择非易感动物作为下一代的创始人来提高羊群的健康和生产力。进一步的研究对于了解TMEM154基因突变、宿主-病原体相互作用以及与临床状况相关的新的基因是必要的[1]。

为了比较四种最普遍的TMEM154单倍型对感染发生率和母羊生产力的长期病毒暴露的影响，研究人员进行了前瞻性队列研究。研究发现，对于具有一个或两个高度易感单倍型“2”和“3”的母羊，感染率稳步上升，到55个月时几乎达到100%。单倍型“2”和“3”与单倍型“1”相比，具有相同的易感性。在比较单倍型“1”和“4”时，没有检测到效应的大小差异。具有“1,1”；“1,4”和“4,4”单倍型的母羊感染率在55个月时为10%到40%。这表明，两个K35氨基酸替代物（“1”）与TMEM154的纯合子“敲除”具有相同的减少感染易感性的效果。当考虑母羊的繁殖性能时，没有发现单倍型“2”和“3”之间，或“1”和“4”之间的差异。研究发现，具有两个TMEM154严重截断版本（“4,4”）的母羊具有正常的羔羊生产力。由于对TMEM154的自然功能没有完全了解，因此建议对有兴趣使用TMEM154选择来降低其羊群对OPP的遗传易感性的生产者，应增加TMEM154单倍型K35（“1”）的频率，因为它编码一个全长蛋白，与祖先多肽的差异最小[2]。

在波兰，研究人员首次调查了TMEM154基因中SNPs的存在，并评估了它们与SRLV感染状态的关系。研究发现，在波兰羊群中，SNPs的频率因品种而异。此外，在分析的一个品种中，发现了TMEM154基因型与SRLV状态之间的正相关，特别是对于E35K多态性和5'UTR中的两个多态性位点。然而，当分析SNPs与SRLV前病毒载量之间的关系时，五个SNPs在整个测试羊群中具有强烈的关联。这些数据首次确定了波兰羊群中TMEM154基因中SNPs的存在，并表明可以根据此分析选择SRLV抗性动物，但需要在更大的羊群中进行进一步验证[3]。

在意大利，研究人员调查了不同TMEM154基因型的羊在感染不同SRLV基因型时的易感性。研究发现，在北部意大利饲养的三种不同羊品种中，只对SRLV基因型A簇的动物证实了保护作用，而其他基因型（即B和E）感染了AA和GA动物。这表明，保护作用可能具有品种特异性，并且还需要进一步的研究来确认本研究中获得的结果[4]。

在意大利，研究人员调查了TMEM154、TLR9、MYD88和CCR5基因中SNPs的存在，并评估了它们与SRLV感染抗性的关系。研究发现，除了已知的多态性外，在TMEM154（P7H、I74V、I105V）基因中还检测到了新的变异。通过发现血清学状态与TMEM154的P7H、E35K、N70I、I74V、I105V多态性以及TLR9基因的R447Q、A462S和G520R多态性之间存在关联，确定了感染风险。然而，对于CCR5基因的4-bp缺失，没有观察到统计学上的关联。由于没有开发出疫苗或治疗方法，基于基因的方法可能是一种创新策略，可以预防和控制SRLV感染。这些发现是确定对SRLV感染具有遗传抗性的起点[5]。

在羊中，小反刍兽疫病毒导致了一种无法治愈的、进行性的淋巴增生性疾病，影响了世界各地的数百万动物。已知羊的TMEM154基因中的遗传变异与OPPV感染有关。与编码谷氨酸（E）的祖先TMEM154单倍型相比，编码赖氨酸（K）的TMEM154单倍型在具有两个拷贝时，与OPPV感染的抗性相关。在74个品种中，TMEM154 E35的平均频率为0.51，表明高度易感的等位基因在全世界的大多数品种中都存在。对来自国际面板的75只羊的全基因组序列的分析显示，在包含TMEM154的62 kb区域内发现了1300多个以前未报告的多态性，并证实了最易感的单倍型分布在世界各地。在信号肽（A13V）和细胞外结构域（E31Q、I74F和I102T）中发现了新的错义突变。开发了一种基于基质辅助激光解吸/电离-飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）的检测方法，用于检测这些和六个以前报道的错义和两个缺失突变。在盲法试验中，对于499只测试的羊，八种最常见的编码多态性的呼叫率为99.4%，96.0%的动物被分配了成对的TMEM154单倍型（即二倍型）。高度易感的TMEM154等位基因的广泛分布表明，基因检测和选择可以提高感染羊群的健康和生产率[6]。

OPPV是一种广泛分布在美国羊群中的小反刍兽疫病毒。OPPV感染是终生的，影响是多系统的，对动物福利和生产率有重大影响。编码35位赖氨酸（K35，单倍型“1”）的蛋白质异构体与当存在两个拷贝时（即二倍型“1,1”）感染易感性降低有关。相反，编码35位谷氨酸（E35，单倍型“3”）的祖先蛋白质异构体与至少存在一个拷贝时感染易感性高有关。当比较单倍型“1,1”；“1,3”和“3,3”的二倍型时，没有发现母羊生产力的差异。研究发现，具有TMEM154二倍型“1,1”的母羊感染率为6.5%至9.7%，显著低于具有二倍型“1,3”（60.5%至97.3%）或“3,3”（64.0%至91.4%）的母羊。此外，具有二倍型“1,1”的母羊在10至67个月龄之间的感染率没有增加（P>0.99），而具有二倍型“1,3”和“3,3”的二倍型母羊的感染率稳步增加，在约52个月龄时达到渐近线。与具有二倍型“1,3”和“3,3”的母羊相比，从具有二倍型“1,1”的二倍型母羊在5.5年内暴露的母羊中，总产羔数和羔羊体重分别平均超过2.1只羔羊和40公斤。这项研究证实，TMEM154二倍型“1,1”的动物OPPV感染率降低，相应地，生产力得到提高。在TMEM154单倍型“3”频率较高的羊群中，选择单倍型“1”似乎是一种降低这种重要经济疾病影响的成本效益方法[7]。

SRLV包括羊的梅迪-维斯纳病毒（MVV）和山羊的关节炎脑炎病毒（CAEV），它们属于逆转录病毒科慢病毒属。SRLV在世界各地广泛传播，对动物产业造成了严重的经济影响。羊对MVV的易感性差异表明，羊具有强烈的遗传多样性。全基因组关联研究（GWAS）表明，羊的TMEM154基因中的SNP（E35K）与羊对MVV的抗性显著相关，可以作为羊抗性选择育种中的分子标记。本文回顾了羊TMEM154基因中E35K突变的进展及其对MVV抗性的影响，以及其他抗病毒基因，包括锌指簇、趋化因子受体5（CCR5）、三联体结构域5α（TRIM5α）、载脂蛋白B mRNA编辑催化多肽类似物3（APOBEC3）、发育多能性相关蛋白2（DPPA2）和DPPA4。此外，还介绍了SRLV和流行状况。希望为羊抗性育种提供一些指导[8]。

羊的SRLV感染受宿主和病原体两方面的遗传变异的影响。羊TMEM154基因的遗传变异与感染易感性相关，而不同的SRLV遗传亚群与具有特定TMEM154二倍型的羊感染有关。在这项研究中，发现了一种新型的SRLV亚群，自然感染了具有各种TMEM154二倍型的羊，包括那些纯合子具有罕见的移码突变（A4Δ53）的羊，该突变预计会消除TMEM154蛋白的功能。因此，这些SRLV可能会感染缺乏功能性TMEM154的羊，并且在建立感染时不受TMEM154二倍型的限制[9]。

SRLV在北美洲羊中普遍存在，是美国羊产业的主要生产损失原因。羊对SRLV感染的易感性受羊TMEM154基因内遗传变异的影响。具有两种不同的TMEM154单倍型的动物，这两种单倍型都编码蛋白35位的谷氨酸（E35），比那些纯合子具有赖氨酸（K35）单倍型的动物更容易感染SRLV。在之前的研究之前，还不知道TMEM154与感染之间的关联是否受到SRLV遗传亚群的影响。因此，本研究的目标是描述从美国中西部多样羊群中自然感染的SRLV，并测试它们与TMEM154 E35K基因型的关联。SRLV基因组的两个区域被用于前病毒扩增、克隆、序列分析和与TMEM154 E35K基因型的关联测试：gag和env的跨膜区域。gag和env序列的独立分析表明，它们聚集在两个亚群（1和2）中，它们与来自欧洲的SRLV亚型不同，亚群1与半合子和纯合子TMEM154 K35基因型相关，亚群2与半合子和纯合子E35基因型相关（gag p<0.001，env p=0.01）。这些结果表明，美国的SRLV已经适应了感染具有特定TMEM154 E35K基因型的羊。因此，宿主和SRLV基因型都会影响羊的SRLV感染相对风险[10]。

综上所述，TMEM154基因在羊的易感性中起着重要作用，与SRLV感染的发生和发展密切相关。研究发现，具有特定TMEM154单倍型的羊对SRLV感染具有更高的易感性，而具有其他单倍型的羊则具有更高的抗性。此外，TMEM154基因的突变和变异也与其功能相关，从而影响羊的生产力和健康。这些发现为羊的抗性育种提供了重要的遗传标记，并为预防和控制SRLV感染提供了新的思路和策略。