Ssu72-KO 基因敲除小鼠

Ssu72是一种具有双重特异性的蛋白质磷酸酶，能够去除磷酸化丝氨酸/苏氨酸和磷酸化酪氨酸残基。它在真核生物中广泛存在，并在基因转录、代谢、免疫激活和细胞周期等多个生物学过程中发挥着重要作用。Ssu72最初被发现是RNA聚合酶II（RNAPII）羧基末端结构域（CTD）的Ser5和Ser7残基的磷酸酶。它对底物中丝氨酸-脯氨酸基序的顺式构型有偏好，并调节Pin1，与其他磷酸酶不同。此外，Ssu72还被报道能够调节姐妹染色单体粘连和细胞周期中复制染色体的分离。它还参与了T细胞受体信号传导、端粒调节以及对各种应激和损伤信号的反应的肝细胞稳态的调节[1]。

在哺乳动物系统中，Ssu72通过调节RNA Pol II转录来优先考虑组织特异性活性转录基因表达。使用从Ssu72条件性敲除和转基因小鼠中分离的初级细胞，发现哺乳动物Ssu72介导的转录延伸而不是多腺苷酸化或RNA加工有助于各种基因的转录调节。Ssu72的耗竭导致了RNA Pol II的异常暂停和延伸缺陷。转录延伸效率的降低倾向于以组织特异性方式优先影响活性转录基因的表达水平。此外，Ssu72 CTD磷酸酶似乎通过准确调节P-TEFb活性和募集来调节CTD Ser2和Thr4的磷酸化水平[2]。

Ssu72还参与调节染色质折叠和基因表达。研究发现，Ssu72在酵母中的基因环化因子中发挥作用，并在染色质重塑和基因折叠过程中发挥作用。Ssu72缺陷型突变体的染色体折叠分析显示，RSC、Ssu72、Mediator、H3K56乙酰转移酶Rtt109和H4 N端尾在酵母基因组折叠中发挥作用[3]。

Ssu72在能量代谢中也发挥着重要作用。研究发现，Ssu72磷酸酶对于调节细胞质翻译至关重要，是棕色脂肪组织（BAT）中基因表达的关键调节因子。Ssu72在BAT中高度表达，并在急性冷暴露时表达水平升高。缺乏脂肪细胞Ssu72的小鼠在急性冷暴露时表现出冷耐受性差。机制上，Ssu72缺乏通过eIF2α的超磷酸化改变了细胞质mRNA翻译程序，并减少了线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）亚基的翻译，导致BAT中线粒体功能障碍和热生成缺陷。此外，在恢复Ssu72表达后，Ssu72缺乏的BAT中的代谢功能障碍几乎恢复正常。这些发现表明，冷反应性Ssu72磷酸酶通过去磷酸化eIF2α在棕色脂肪细胞中参与细胞质翻译的关键产热效应物，为Ssu72的代谢益处提供了见解[4]。

Ssu72还在HIV-1 Tat转录激活中发挥作用。研究发现，HIV-1 Tat与Ssu72直接相互作用，并强烈刺激其CTD磷酸酶活性。Ssu72对于Tat:P-TEFb介导的体外S5P-CTD磷酸化至关重要。有趣的是，Ssu72还以磷酸酶依赖性方式刺激体内新生的HIV-1转录。染色质免疫沉淀（ChIP）实验表明，Ssu72与P-TEFb和AFF4一起被Tat招募到整合的HIV-1前病毒启动子中，并在终止位点之前离开延伸复合体。ChIP-seq和GRO-seq分析进一步揭示，Ssu72主要在人类胚胎干细胞中的启动子区域与S5P-RNAPII共定位，在终止区域有少量峰值。少数基因，如NANOG，在终止区域也有高水平的Ssu72。Ssu72对大多数细胞基因的转录不是必需的，但对共转录终止有适度的影响。因此，Tat改变了Ssu72的细胞功能，以刺激病毒基因表达，并促进整合的HIV-1启动子上的早期S5P-S2P转变[5]。

Ssu72在真菌中也发挥着重要作用。研究发现，Ssu72在黄曲霉菌中调节真菌发育、黄曲霉毒素生物合成和致病性。Ssu72的缺失导致严重的缺陷，如营养生长、分生孢子和菌核形成。此外，Ssu72磷酸酶通过调节黄曲霉毒素生物合成簇基因的表达，正向调节黄曲霉毒素的产生。种子感染实验表明，Ssu72磷酸酶对黄曲霉菌的致病性至关重要。此外，Δssu72突变体表现出对渗透和氧化应激的敏感性增加。这些研究表明，Ssu72在黄曲霉菌的真菌发育、黄曲霉毒素生产和致病性中发挥着重要作用，并可能为预防这种病原真菌的污染提供新的策略[6]。

基因环状结构增强了转录方向性。研究发现，通过采用基因环状构型，活跃转录的mRNA编码基因限制了ncRNAs的相反方向转录。由于基因环的形成取决于与启动子和终止子共定位的蛋白因子（Ssu72），Ssu72的失活导致与启动子相关的Ssu72限制性转录物（SRTs）的合成增加。同样，通过基因突变使单个基因环失活也会增强SRT的合成。研究表明，基因环构型对通常双向的启动子施加了转录方向性[7]。

综上所述，Ssu72是一种具有多重功能的蛋白质，在基因转录、能量代谢、免疫激活和真菌发育等多个生物学过程中发挥着重要作用。Ssu72的调节机制和功能研究有助于深入理解基因表达调控和生物学过程的机制，并为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。