Kmt2d-KO 基因敲除小鼠

KMT2D，也称为MLL4和MLL2，是一种在人类和哺乳动物中广泛表达的组蛋白H3赖氨酸4（H3K4）甲基转移酶。KMT2D是一种大型蛋白质，超过5500个氨基酸，与KMT2C具有部分功能冗余。KMT2D的羧基末端SET结构域负责其H3K4甲基转移酶活性，并对于维持KMT2D蛋白在细胞中的稳定性至关重要。KMT2D与WRAD（WDR5、RbBP5、ASH2L和DPY30）、NCOA6、PTIP、PA1和组蛋白H3K27去甲基化酶UTX等蛋白质形成蛋白质复合物，作为支架蛋白，维持UTX的稳定性。KMT2D是主要的哺乳动物H3K4单甲基转移酶，与谱系决定性转录因子在转录增强子上共定位，对于增强子激活和分化过程中细胞类型特异性基因表达至关重要。KMT2D在调节发育、分化、代谢和肿瘤抑制中发挥关键作用，频繁突变于Kabuki综合征、先天性心脏病和各种癌症等发育疾病中。进一步理解KMT2D调节基因表达的机制将揭示KMT2D突变有害的原因，并可能有助于产生新的治疗方法[2]。

KMT2D在肺癌的发生发展中起着重要作用。研究发现，KMT2D是肺鳞状细胞癌（LUSC）中最频繁突变的基因之一，超过20%的LUSC患者存在KMT2D基因突变。KMT2D缺失可以促进肺基底细胞类器官向LUSC转化，增加受体酪氨酸激酶（RTKs）、EGFR和ERBB2的激活，部分通过重新编程染色质景观来抑制蛋白酪氨酸磷酸酶的表达。这些事件导致致癌RTK-RAS信号通路的显著升高。研究发现，联合使用SHP2抑制剂SHP099和泛ERBB抑制剂afatinib可以抑制KMT2D缺失的LUSC小鼠模型和携带KMT2D突变的患者源性异种移植瘤（PDXs）的生长。这些研究结果表明，KMT2D是LUSC发生发展的关键表观遗传调节因子，KMT2D缺失使LUSC对RTK-RAS抑制具有治疗敏感性[1]。

KMT2D在乳腺癌的发生发展中同样起着重要作用。KMT2C和KMT2D是乳腺癌中最频繁突变的组蛋白甲基转移酶，突变频率达到10-20%。研究发现，KMT2C/D的频繁损伤和截断性体细胞突变表明它们在乳腺癌发生发展中具有抑癌作用。KMT2C/D通过启动子增强子区域的单甲基化，为雌激素受体（ER）驱动的转录做出贡献。这些发现揭示了KMT2C/D在乳腺癌发展中的作用，并为乳腺癌治疗提供了新的思路[3]。

KMT2D缺失在肺癌中导致糖酵解增强，从而为肺癌细胞提供了能量代谢上的优势。研究发现，KMT2D缺失广泛损害超增强子/增强子的表观遗传信号，包括周期节律抑制因子Per2的超增强子。KMT2D缺失导致Per2表达降低，进而影响多个糖酵解基因的表达。这些发现表明，KMT2D是肺癌的抑癌基因，KMT2D缺失使肺癌对糖酵解抑制剂具有治疗敏感性[4]。

KMT2D缺失在急性髓细胞白血病（AML）中促进白血病的发生。研究发现，KMT2D在AML中下调或突变，KMT2D缺失通过shRNA敲除或CRISPR/Cas9编辑可以加速AML在小鼠中的发生。KMT2D缺失的造血干细胞和祖细胞以及AML细胞具有显著增强的核糖体生物合成和蛋白质合成能力。研究发现，KMT2D缺失导致mTOR信号通路的激活，而KMT2D直接调节mTOR通路的负调节因子Ddit4的表达。研究表明，CX-5461，一种RNA聚合酶I抑制剂，可以显著抑制KMT2D缺失的AML的生长，并延长白血病小鼠的生存期。这些研究验证了KMT2D在AML中的抑癌作用，并揭示了AML对核糖体生物合成抑制剂的敏感性[5]。

KMT2D通过上调KLLN抑制胰腺癌的进展。研究发现，KMT2D依赖的H3K4me1和EBF2在KLLN基因的转录起始位点（TSS）附近重叠。KMT2D和EBF2通过上调KLLN的表达，协同抑制PDAC细胞的增殖、迁移和侵袭。通过增加H3K4me1水平，GSK-LSD1可以抑制PDAC的进展。这些发现揭示了一种新的PDAC进展机制，并为PDAC治疗提供了潜在的靶点[6]。

KMT2D通过促进增强子启动子相互作用和基因激活，在胚胎干细胞分化过程中发挥作用。研究发现，KMT2C/D催化活性仅在神经分化过程中诱导的一组候选增强子上的H3K4me1和增强子启动子（E-P）接触中是必需的。大多数增强子在KMT2C/D催化突变细胞中保留了H3K4me1。值得注意的是，这些KMT2C/D非依赖性位点的H3K4me1信号在KMT2B急性耗竭后降低，导致转录缺陷加重。这些观察结果表明KMT2B参与增强子上的H3K4me1催化，并提供了H3K4me1在增强子启动子相互作用和转录中的活性的额外支持[7]。

KMT2D是免疫检查点阻断（ICB）的主要调节因子。研究发现，KMT2D编码组蛋白H3K4甲基转移酶，是癌症患者中最频繁突变的基因之一。KMT2D缺失导致DNA损伤和突变负担增加、染色质重塑、内含子保留和转座元件的激活。此外，KMT2D缺失的细胞表现出蛋白质周转增加和IFNγ刺激的抗原呈递增加。KMT2D缺失的肿瘤在免疫浸润方面增加。这些数据表明，KMT2D缺失通过增强肿瘤免疫原性使肿瘤对ICB敏感，并突出了CRISPR-GEMMs在免疫治疗背景下调查复杂分子景观的能力[8]。

KMT2D是一种重要的组蛋白H3K4甲基转移酶，在调节基因表达、发育、分化和肿瘤抑制中发挥着关键作用。KMT2D缺失与多种癌症的发生发展相关，包括肺癌、乳腺癌、AML和胰腺癌。KMT2D缺失通过多种机制影响肿瘤细胞的功能，包括调节RTK-RAS信号通路、糖酵解、核糖体生物合成、细胞信号通路和免疫原性。这些发现为KMT2D缺失的癌症治疗提供了新的思路和策略，例如靶向RTK-RAS信号通路、糖酵解、核糖体生物合成、细胞信号通路和免疫治疗的药物开发。此外，KMT2D的研究还揭示了KMT2D在发育疾病中的作用，如Kabuki综合征，并为这些疾病的治疗提供了新的思路和策略。