Alkbh8-KO 基因敲除小鼠

ALKBH8，也称为Alkylation Repair Homolog 8，是一种重要的tRNA修饰酶。它通过甲基化tRNA中的摇摆尿苷，来调节蛋白质翻译过程。ALKBH8通过甲基化tRNA-硒代半胱氨酸，促进硒蛋白的合成，并调节氧化还原稳态。ALKBH8的基因变异与人类智力障碍疾病有关，但其在大脑中的功能尚不清楚[1]。研究发现，ALKBH8在大脑中控制氧化应激，抑制突触生长，支持学习和记忆。ALKBH8敲除动物缺乏摇摆尿苷甲基化，表现出蛋白质合成的全球性减少，包括硒蛋白水平的特异性下降。ALKBH8的缺失或独立干扰硒蛋白合成会导致异常突触形成。抗氧化酶的遗传表达完全抑制了ALKBH8敲除动物中的突触过度生长，证实了氧化应激是功能障碍的潜在原因。ALKBH8敲除动物还表现出关联学习和记忆障碍，这些障碍可以通过药理抗氧化剂治疗来逆转。这些发现证明了tRNA修饰在神经系统中的氧化还原稳态中的关键作用，并揭示了抗氧化剂作为ALKBH8相关智力障碍的潜在治疗方法的可能性[1,3]。

冠状动脉疾病（CAD）是全球死亡的主要原因。全基因组关联研究已确定与CAD相关的175个基因位点，其中大多数位于非编码区域，并预测它们可能调节基因表达。血管平滑肌细胞（SMC）在CAD的发生和发展中起着重要作用。研究发现，在静息或增殖条件下，从151名心脏移植供体的升主动脉中分离的SMCs中，有4910个表达和4412个剪接定量性状位点（sQTLs）代表与转录丰度和剪接相关的基因组区域。其中，29个表达QTLs和880个sQTLs是SMC特异性的，分别有20%和35%的eQTLs是静息或增殖SMCs特有的。一个CAD位点与性别特异性eQTL（TERF2IP）共定位，另一个位点与SMC特异性eQTL（ALKBH8）共定位。这些结果为不同SMC表型中遗传易感性对CAD的分子机制提供了证据[2]。

急性药物毒性剂量如何影响表观转录组知之甚少。研究发现，对乙酰氨基酚（APAP）诱导表观转录组重编程，并发现Alkbh8在应对APAP毒性中起着关键的基因调节作用。Alkbh8通过修饰tRNA硒代半胱氨酸（tRNASec）来翻译调节谷胱甘肽过氧化物酶（Gpx's）和其他硒蛋白的产生，Gpx酶在APAP毒性中发挥保护作用。研究还发现，APAP在Alkbh8缺乏小鼠肝脏中增加毒性，降低硒蛋白水平，并促进肝脏tRNA表观转录组的许多RNA标记的广泛重编程，包括与tRNASec和许多其他tRNA相关的5-甲氧羰基甲基尿苷（mcm5U）、异戊烯腺苷（i6A）、假尿苷（Ψ）和1-甲基腺苷（m1A）修饰。Alkbh8缺乏也导致对APAP的广泛表观转录组失调，表明单个酶缺陷可以促进下游对大量RNA修饰的变化。该研究强调了RNA修饰和翻译对APAP的响应的重要性，确定了酶作为体内应激反应的关键调节因子，并支持了表观转录组可能在药物响应中发挥重要作用的观点[4]。

硒是一种天然存在的微量元素，具有抗氧化、抗癌、抗衰老以及增强免疫力的多种益处。硒蛋白是一种重要的抗氧化酶，对维持氧化还原稳态至关重要。硒蛋白的合成受到表观转录组调节因子ALKBH8的控制。ALKBH8的缺乏会导致硒蛋白水平显著下降，增加氧化应激，这是细胞衰老的主要驱动因素之一。研究还发现，ALKBH8缺乏会引发衰老，调节应激反应基因，并促进线粒体重编程。ALKBH8缺乏的MEFs表现出衰老的许多特征，包括衰老相关的β-半乳糖苷酶、异染色质焦点、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p16Ink4a、线粒体动力学标记以及衰老相关分泌表型（SASP）。ALKBH8缺乏的细胞还获得了一种应激抵抗表型，伴随着多种氧化还原修饰转录本的增加。此外，ALKBH8缺乏的MEFs经历了一种代谢转变，表现为解偶联蛋白2（UCP2）水平的显著增加，这增强了氧气消耗并促进了糖酵解代谢的依赖。最后，研究发现，可以利用ALKBH8缺乏，并通过糖酵解抑制来杀死相应的MEFs。这些研究结果表明，表观转录组酶的缺陷会促进衰老和线粒体重编程，揭示了一种新的应对硒代半胱氨酸利用缺陷的适应性机制[5,6,7]。

综上所述，ALKBH8是一种重要的tRNA修饰酶，通过甲基化tRNA中的摇摆尿苷来调节蛋白质翻译过程。ALKBH8在氧化还原稳态、学习和记忆、心血管健康、解毒、衰老和线粒体功能等方面发挥着重要作用。ALKBH8的缺乏会导致氧化应激增加、硒蛋白水平下降、突触异常形成、学习和记忆障碍、衰老和线粒体重编程等问题。这些研究结果表明，ALKBH8在维持生物体内环境的稳定性和正常生理功能方面发挥着关键作用，并为相关疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略[1-10]。