Ing5-KO 基因敲除小鼠

基因ING5（Inhibitor of Growth 5）是一种重要的肿瘤抑制因子，属于ING家族的一员。ING家族是一类具有多种功能的蛋白质，主要参与细胞周期调控、细胞凋亡、染色质重塑等生物学过程。ING5在细胞核内定位，包含核定位信号、植物同源结构域、保守区域和亮氨酸拉链样结构域等结构域。ING5蛋白可以形成同源二聚体，也可以与其他蛋白质如ING4、组蛋白H3K4me3、组蛋白乙酰转移酶（HAT）复合物、Tip60、Cyclin A1/CDK2、INCA1和EBNA3C等形成异源二聚体，进而影响基因转录和表达。ING5上调的乙酰化蛋白主要位于细胞核内，发挥转录共激活因子、染色质和DNA结合功能，而下调的蛋白则主要位于细胞质内，参与代谢过程。ING5还能促进HAT p300、p53、组蛋白H3和H4的自乙酰化，进而影响下游基因（如Bax、GADD45、p21、p27等）的转录。在转录水平上，YY1和SRF通过与ING5启动子的相互作用上调ING5 mRNA的表达。在翻译水平上，ING5受到多种miRNA（如miR-196、miR-196a、miR-196b-5p、miR-193a-3p、miR-27-3p、miR-200b/200a/429、miR-1307、miR-193、miR-222、miR-331-3p、miR-181b、miR-543和miR-196-b等）的调控。ING5通过抑制EGFR/PI3K/Akt、IL-6/STAT3、Akt/NF-κB/NF-κB/MMP-9或IL-6/CXCL12信号通路，抑制多种癌症细胞的增殖、迁移、侵袭和肿瘤生长。ING5介导的化疗耐药性与抗凋亡、化疗耐药基因的过表达、PI3K/Akt/NF-κB和Wnt/β-catenin信号通路的激活密切相关。ING5在胃干细胞和pdx1阳性细胞中的缺失导致胃癌发生，在pdx1阳性和胃主细胞中的条件性敲除增加MNU诱导的胃癌发生。肠道ING5的缺失增加AOM/DSS诱导的结直肠癌发生，并减少高脂饮食引起的体重增加。ING5的表达与多种癌症的侵袭性和预后不良呈负相关，提示ING5可能用于癌变和进展的分子标志物，并作为基因治疗靶点[1]。

LRP6（低密度脂蛋白受体相关蛋白6）是一种Wnt共受体，在心脏发育中发挥重要作用。LRP6缺失的小鼠心脏中，心肌细胞增殖活性增加，心肌梗死（MI）后心脏再生能力增强，MI面积减少，左心室收缩功能改善。LRP6缺失介导的促增殖效应是通过ING5/P21信号通路实现的。使用腺相关病毒（AAV）9 miRNAi-Lrp6构建体的基因治疗促进了小鼠心脏损伤的修复。LRP6缺失还诱导人诱导多能干细胞（iPSC）衍生的心肌细胞（iPSC-CMs）的增殖。这项研究表明LRP6是心肌细胞增殖的关键调节因子，可能为促进心肌再生和修复提供新的分子策略[2]。

ING5在胃癌中的转录调控和抑制作用尚不清楚。研究表明，SRF（血清反应因子）和YY1（Yin Yang 1）与ING5启动子结合，通过形成SRF-YY1-ING5-p53复合物上调ING5的表达。ING5、SRF和YY1在胃癌中过表达，并与胃癌患者的预后不良相关。ING5 mRNA可能是胃癌发生和预后的良好标志物。ING5缺失可能促进胃癌的发生和发展[3]。

ING4和ING5是结构相似的染色质结合蛋白，属于KAT6A、KAT6B和KAT7组蛋白乙酰转移酶蛋白复合物。ING5-/-小鼠出现孤立的心室间隔缺损。ING4-/-ING5-/-胚胎在胚胎第8.5天停止发育，显示组蛋白H3赖氨酸14乙酰化缺失，H3赖氨酸23乙酰化水平降低，发育基因表达减少。胚胎第12.5天ING4+/-ING5-/-心脏缺乏心外膜细胞和心外膜衍生细胞，心肌致密化失败，冠状动脉血管缺陷，心外膜基因表达减少。ING4和ING5缺失状态下，细胞粘附基因表达和心外膜细胞出芽受损。这些发现表明ING4和ING5对心脏发育至关重要，并促进心外膜和心外膜衍生细胞命运，提示人类ING5基因突变可能是孤立性心室间隔缺损的原因[4]。

ING5是ING家族的新成员，其功能和调控机制尚不清楚。研究发现，ING5蛋白而不是mRNA在乳腺癌组织中显著下调。ING5抑制乳腺癌细胞的增殖和侵袭，并促进其凋亡。此外，miR-24被确定为ING5的直接上游调控因子，miR-24对乳腺癌细胞的作用与ING5相反，并可在体内加速异种移植肿瘤的生长。这些发现揭示了ING5在乳腺癌中的肿瘤抑制作用及其调控途径，可能为乳腺癌的发生提供新的分子机制[5]。

ING5在肺癌中下调表达，可能参与肺癌的发生、生长和侵袭。ING5过表达抑制肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并诱导G2期阻滞、分化、自噬、凋亡、糖酵解和线粒体呼吸。ING5转染增加了细胞对MG132、紫杉醇和SAHA化疗的敏感性，并与凋亡改变平行。ING5过表达抑制异种移植肿瘤的生长，通过抑制增殖和诱导凋亡。ING5表达水平在正常组织中显著高于肺癌组织。核ING5表达与Ki-67表达呈正相关，而细胞质ING5表达与淋巴转移呈正相关，与年龄、淋巴侵袭或CPP32表达呈负相关。ING5表达在不同组织学分类中存在差异：鳞状细胞癌>腺癌>大细胞癌>小细胞癌。这些数据表明，ING5下调可能参与肺癌的发生、生长和侵袭，并可作为评估肺癌侵袭性的有希望的标志物。它可能被用作肺癌基因治疗的潜在靶点[6]。

TCTP（翻译控制肿瘤蛋白）是ING5的独特结合伴侣，在果蝇中抑制Enok的染色质结合。ING5是MOZ/MORF（Enok）组蛋白乙酰转移酶复合物的亚基，但其体内功能尚不清楚。研究发现，TCTP与ING5存在拮抗作用，调节MOZ/MORF复合物和H3K23乙酰化。TCTP耗竭恢复了ING5突变的异常表型，并增加了ING5的核转位和Enok的染色质结合。无功能的Enok通过减少TCTP促进ING5的核转位，表明TCTP、ING5和Enok之间存在反馈调节机制，以调节组蛋白乙酰化。因此，TCTP通过控制ING5的核转位和Enok的染色质定位，对H3K23乙酰化至关重要，为人类TCTP和ING5-MOZ/MORF在肿瘤发生中的作用提供了见解[7]。

ING5在乳腺癌中的表达上调，并发生核质转位。ING5过表达导致乳腺癌细胞增殖降低、葡萄糖代谢减少、S期阻滞、迁移和侵袭减少、凋亡诱导、脂肪积累、自噬、衰老和间质-上皮转化。ING5介导的化疗耐药性与Akt和NF-κB的激活、MRP1和GST-π的过表达以及FBXW7的低表达密切相关。ING5在乳腺癌中的表达水平高于正常组织。ING5 mRNA表达与复发和无远处转移生存率呈正相关。核ING5表达从正常乳腺组织到纤维腺瘤、腺病、原发性和转移性癌症逐渐减少，而细胞质ING5表达则相反。核ING5表达与远处转移和p53低表达呈负相关，而细胞质ING5表达与肿瘤大小和ER表达呈正相关。这些数据表明，ING5蛋白的表达上调和核质转位在乳腺癌中被观察到。核ING5表达与乳腺癌的预后不良行为呈负相关。因此，它应作为生物标志物来指示乳腺癌的发生和侵袭性，并作为基因治疗的潜在靶点[8]。

ING5被CDK2（细胞周期蛋白依赖性激酶2）磷酸化，并独立于p53控制细胞增殖。ING5在细胞周期调节和基因表达方面具有多种功能，其表达失调在多种肿瘤中观察到，可能作为肿瘤抑制因子发挥作用。CDK2与细胞周期蛋白E或细胞周期蛋白A结合，调节基因转录和复制。CDK2复合物磷酸化和调节几种与克服限制点和促进S期相关的底物蛋白。研究发现，ING5是CDK2的新底物，在体外被细胞周期蛋白E/CDK2和细胞周期蛋白A/CDK2磷酸化。ING5在细胞周期依赖性方式下在细胞中磷酸化，与CDK2底物一致。此外，细胞周期蛋白E/CDK2的过表达刺激而CDK2抑制剂p27KIP1抑制在苏氨酸152处的磷酸化。这个位点位于双部分核定位序列中，但其磷酸化不足以调节ING5的亚细胞定位。尽管ING5与肿瘤抑制因子p53相互作用，但无法建立ING5通过p53依赖性调节细胞增殖。相反，观察到ING5的敲低导致不同肿瘤细胞系中增殖的显著减少，与p53状态无关。这种增殖抑制至少部分是由于凋亡的诱导。总之，确定ING5在苏氨酸152处有一个细胞周期调节的磷酸化位点，并观察到ING5对肿瘤细胞增殖至关重要，且与肿瘤抑制因子p53无关[9]。

miR-193a-3p调节的ING5基因激活DNA损伤反应通路并抑制膀胱癌的多药耐药性。化疗耐药性是癌症化疗的主要障碍，给癌症研究人员和临床医生带来了巨大的挑战。研究发现，与H-bc细胞相比，膀胱癌细胞系5637对五种化疗药物的细胞毒性敏感性显著提高，表明ING5在BCa化疗耐药性中起抑制作用。通过RNA-seq分析和小RNA干扰验证，发现ING5基因在5637细胞中上调表达。ING5的抑制增加了5637细胞的化疗耐药性并抑制了DNA损伤反应通路。相反，EGFP-ING5的强制表达降低了H-bc细胞的化疗耐药性并激活了DNA损伤反应通路。此外，还发现ING5基因表达受到miR-193a-3p的抑制，并在miR-193a-3p激活BCa化疗耐药性的作用中发挥重要作用。这些结果证明了ING5在抑制BCa化疗耐药性中的作用和机制[10]。

综上所述，ING5是一种重要的肿瘤抑制因子，参与多种生物学过程，包括细胞周期调控、细胞凋亡、染色质重塑等。ING5在多种癌症中发挥重要作用，包括胃癌、肺癌和乳腺癌。ING5的异常表达与癌症的发生、发展和预后不良相关。此外，ING5还与心脏发育和心肌细胞增殖有关。ING5的调控机制复杂，受到多种信号通路和转录因子的调控。深入研究ING5的功能和调控机制，有助于揭示癌症发生发展的分子机制，并为癌症的治疗和预防提供新的思路和策略。