Hmgn3-KO 基因敲除小鼠

Hmgn3，也称为高迁移率族核小体结合域3（High-mobility group nucleosomal binding domain 3），是一种重要的核小体结合蛋白，属于HMGN家族。HMGN家族蛋白能够调节染色质结构，通过转录因子影响基因转录，参与多种生物学过程，包括细胞分化、发育和疾病发生。

Hmgn3在早期发病的子痫前期（ePE）中发挥了重要作用。研究发现，ePE患者的胎盘组织中m6A水平显著降低，而m6A修饰在肿瘤细胞和滋养层细胞的侵袭性中具有重要作用。进一步研究发现，Wilms瘤1相关蛋白（WTAP）在滋养层细胞中调节细胞迁移和侵袭，Hmgn3基因是WTAP的靶基因，WTAP通过结合Hmgn3 mRNA的3'-UTR m6A位点（+485A，+522A）来增强Hmgn3 mRNA的稳定性。Hmgn3被m6A识别蛋白胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白1（IGF2BP1）识别，当敲低WTAP时，IGF2BP1的表达受到抑制。因此，m6A修饰和WTAP水平在ePE中均下调，WTAP/IGF2BP1/HMGN3轴介导的m6A修饰可能参与了异常的滋养层细胞侵袭过程[1]。

Hmgn3还与败血症的诊断有关。研究发现，败血症患者中有843个差异表达mRNA，其中15个基因（如RAB13，KIF1B，CLEC5A，FCER1A，CACNA2D3，DUSP3，HMGN3，MGST1和ARHGEF18）被确定为败血症的潜在诊断基因生物标志物。机器学习分析表明，随机森林（RF）、支持向量机（SVM）和决策树（DT）模型在构建分类模型方面具有很高的准确性，其中RF模型的准确度最高。这些诊断基因生物标志物可能有助于败血症的诊断和治疗[2]。

Hmgn3在胆管癌（CCA）的发生发展中发挥重要作用。研究发现，Hmgn3的高表达与CCA患者的肝吸虫感染诱导的转移相关。在CCA细胞中敲低Hmgn3，显著降低了细胞集落形成、迁移和侵袭的致癌特性。Hmgn3抑制了CDH1/E-钙粘蛋白和TJAP1等上皮调节基因的表达，并阻止了这些基因在CCA细胞中的细胞内极性。染色质免疫共沉淀测序分析显示，Hmgn3需要转录因子SNAI2结合并抑制上皮调节基因的表达，至少部分是由于组蛋白脱乙酰酶（HDACs）的药理学抑制，这可以重新激活这些上皮调节因子，从而降低CCA细胞的迁移能力。因此，Hmgn3在CCA细胞中的过表达以一种SNAI2基因和HDACs依赖的方式抑制了上皮调节基因的转录，并阻止了它们的极性[3]。

Hmgn3还与胰岛素分泌有关。研究发现，Hmgn3在所有胰腺内分泌胰岛细胞中高度表达，Hmgn3敲除小鼠表现出轻度糖尿病表型，其血液中的胰高血糖素水平降低。为了阐明Hmgn3导致Hmgn3敲除小鼠胰高血糖素分泌改变的机制，研究人员测试了HMGN3是否影响αTC1-9细胞中胰高血糖素的合成和分泌，αTC1-9细胞是一种用于研究胰腺α细胞功能的胰高血糖素分泌细胞系。研究发现，在这些细胞中，敲除HMGN3或其他HMGN变体，对胰高血糖素基因表达或胰高血糖素分泌没有显著影响。这些研究表明，HMGN3与血液中胰高血糖素水平之间存在联系，但这种联系并不直接依赖于胰腺α细胞的功能[7]。

Hmgn3还与胰岛素分泌有关。研究发现，Hmgn3在β细胞中高度表达，在Hmgn3敲除小鼠中，葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损，导致糖尿病表型。在胰腺β细胞中，Hmgn3的缺失影响了一些参与葡萄糖刺激的胰岛素分泌的基因的转录，包括Glut2葡萄糖转运蛋白。染色质免疫沉淀分析显示，HMGN3和转录因子PDX1在Glut2基因启动子区域的染色质上相互增强其特异性结合，从而调节胰腺胰岛和β细胞中GLUT2蛋白的水平。这些结果确定了一个新的葡萄糖稳态调节因子，并表明核小体结合结构蛋白的活性与胰岛素分泌的调节之间存在联系[8]。

Hmgn3在骨尺寸变化中也发挥了重要作用。研究发现，在中国人群中，位于HMGN3基因上游的25kb区域内的12个连续的单核苷酸多态性（SNP）与脊柱骨尺寸相关。在后续的复制研究中，8个SNP在1,728名无血缘关系的女性高加索人中检测到与骨尺寸的复制关联。该区域内的SNP在汉族和高加索人中形成了一个紧密结合的单倍型块。这些结果表明，包含HMGN3基因的基因组区域可能与汉族人群的脊柱骨尺寸相关[6]。

Hmgn3在眼发育中也发挥了重要作用。研究发现，HMGN1蛋白在10.5天胚胎中的所有眼部结构中均匀分布，但在13.5天胚胎中，相对于其他细胞类型，在新生成的晶状体纤维细胞中检测到的HMGN1较少。在成人眼中，HMGN1蛋白在整个视网膜和晶状体中都被检测到，虽然在角膜中，HMGN1蛋白主要位于上皮层。HMGN2也富含于小鼠胚胎的所有眼部结构中，然而，与HMGN1不同，HMGN2在13.5天胚胎的晶状体纤维细胞中保持了强烈的免疫标记。在成人眼中，HMGN2蛋白仍然存在于所有晶状体核中，而在角膜中，HMGN2蛋白主要局限于上皮层。相比之下，眼睛中首次检测到HMGN3是在13.5天胚胎的假设性角膜上皮和晶状体纤维细胞中。在晶状体中，HMGN3在成年期仍然优选于晶状体纤维细胞。在角膜中，HMGN3在出生时短暂地在基质和内皮中上调，而其表达在成年期则局限于角膜上皮。在视网膜中，HMGN3在大约2周大时上调，在成人视网膜的内核和神经节细胞层中发现了相对较高的水平。RT-PCR分析确定，眼部组织中发现的HMGN3剪接形式主要是缺乏染色质展开结构域的HMGN3b，尽管也检测到HMGN3a mRNA。这些结果表明，HMGN类染色质蛋白在发育中的眼睛中具有动态的表达模式[9]。

Hmgn3在调节小鼠蜕膜化过程中也发挥了重要作用。研究发现，Hmgn3在蜕膜和蜕膜化间质细胞中高度表达。过表达Hmgn3变体，Hmgn3a或Hmgn3b，增强了蜕膜化标志物Prl8a2和Prl3c1的表达，而抑制Hmgn3降低了它们的表达。Hmgn3可以介导Hoxa10和cAMP对Prl8a2和Prl3c1表达的影响。进一步研究发现，Hmgn3通过影响Hand2的表达来指导蜕膜化的过程。孕酮可以诱导切除卵巢小鼠的子宫、子宫上皮细胞和间质细胞中Hmgn3的表达。同时，siRNA介导的Hmgn3下调可以减轻孕酮、cAMP和Hoxa10对Hand2表达的影响。因此，Hmgn3可能在小鼠蜕膜化过程中发挥重要作用[4]。

Hmgn3在调节小鼠滋养层干细胞（TSC）的转化中也发挥了重要作用。研究发现，Rif1的耗尽打破了从胚胎干细胞（ESC）到TSC的转变的障碍。Rif1-null诱导的TSC表现出典型的TE特性，并具有分化为末端滋养层谱系的能力。全转录组分析显示，Rif1缺失激活了与2细胞胚胎（2C）相关的基因，并诱导了全能性状态。嵌合体分析进一步证实，Rif1-null ESCs除了在胚胎第12.5天对功能胎盘有贡献外，还对胎儿有贡献。此外，研究发现，在Rif1-null ESCs中上调的关键基因之一Hmgn3的过表达，有助于TSC的诱导。因此，研究人员报告了两个调节TSC转化的关键基因，并为研究TE谱系提供了见解[5]。

综上所述，Hmgn3是一种重要的核小体结合蛋白，参与调节染色质结构，影响基因转录和多种生物学过程。Hmgn3在多种疾病中发挥重要作用，包括早期发病的子痫前期、败血症、胆管癌、糖尿病和骨尺寸变化。此外，Hmgn3在眼发育和蜕膜化过程中也发挥了重要作用。Hmgn3的研究有助于深入理解染色质结构和基因转录的调节机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。