Exd2-KO 基因敲除小鼠

EXD2（exonuclease 3'-5' domain-containing 2）是一种重要的核酸酶，它参与了细胞对基因毒性应激的反应。在基因毒性应激下，细胞会停止基因表达，并在DNA修复后恢复mRNA合成（RRS）。研究发现，缺乏EXD2核酸酶会损害RRS并降低细胞在紫外线照射后的存活率，尽管这不会影响DNA修复过程。过度表达野生型EXD2，而不是无核酸酶活性的EXD2，可以恢复RRS和细胞存活率。研究发现，紫外线照射会触发EXD2从线粒体转移到细胞核。在细胞核中，EXD2被招募到染色质上，在那里它短暂地与RNA聚合酶II（RNAPII）相互作用，促进在基因毒性攻击时合成的mRNA的降解。体外实验显示，EXD2主要与延伸受阻的RNAPII相互作用，并有效地降解mRNA。总的来说，这些数据突出了EXD2在转录反应中的关键作用，它通过与染色质上延伸停滞的RNAPII相互作用，可能降解相关的未成熟mRNA，从而在DNA修复后允许转录重新启动[1]。

EXD2还参与了线粒体翻译的调控。线粒体是细胞内的亚细胞器，对满足细胞的生物能和生物合成需求至关重要。线粒体功能依赖于核编码基因和RNA种类的协调翻译、导入和呼吸复合物组装。研究发现，EXD2是一种核编码基因，它被靶向到线粒体，并防止mRNA与线粒体核糖体的异常结合。缺乏EXD2会导致线粒体翻译缺陷、呼吸受损、ATP产生减少、活性氧增加和广泛的代谢异常。敲除果蝇黑腹果蝇EXD2同源物（CG6744）会导致发育迟缓、雌性生殖干细胞过早耗尽、繁殖能力降低以及寿命显著延长，这种延长可以通过抗氧化饮食来逆转。这些结果表明，EXD2在调节线粒体翻译中起着保守的作用，影响发育和衰老[3]。

EXD2还与SF3B1突变有关，SF3B1突变与多种肿瘤类型的预后不良相关，并导致经典剪接的全面破坏。研究发现，SF3B1突变细胞对多聚(ADP-核糖)聚合酶抑制剂（PARPi）敏感，这种敏感性独立于突变热点和肿瘤部位。SF3B1突变细胞对PARPi诱导的复制应激的响应有缺陷，这是通过下调细胞周期蛋白依赖性激酶2相互作用蛋白（CINP）来发生的，导致复制叉起始增加和磷酸化CHK1（pCHK1；S317）诱导的丧失。这导致随后的DNA复制中间体的解析失败和G2/M细胞周期阻滞。这些缺陷可以通过CINP过表达来挽救，或者通过共济失调毛细血管扩张突变和PARP抑制进一步靶向。在体内，PARPi在多种SF3B1突变癌症模型中产生深刻的抗肿瘤作用，并消除远处转移[2]。

EXD2在哺乳动物中的功能与果蝇中的功能相似。研究发现，在非洲爪蟾卵母细胞中，EXD2是一个新的编码外切酶结构域的基因，它表达在生殖质中。RNA定位是调节细胞结构和功能的常见机制。在非洲爪蟾卵母细胞中，局部化的RNA对于早期发育至关重要，包括通过生殖质进行生殖细胞谱系的指定。尽管这些局部化的RNA很重要，但到目前为止，只有大约25个RNA被鉴定出来，而且只有少数RNA被功能性地表征。使用微阵列，研究人员从非洲爪蟾卵母细胞的胚芽区鉴定出大量局部化的RNA。总体而言，这些结果表明，卵母细胞中有至少275个局部化的RNA，或者说母体转录本的2-3%，这与先前的发现基本一致。研究人员进一步验证了24个候选基因的胚芽定位，并进一步表征了在生殖质中表达的三个基因。他们发现reticulon 3.1、exd2（一个编码新的外切酶结构域的基因）和一个假定的非编码RNA具有新的生殖质表达。对这些和其他局部化RNA的进一步分析可能会揭示生殖质的新功能，并促进顺式作用RNA定位元件的鉴定[5]。

EXD2基因的缺失与多种临床问题相关，包括先天性心脏病、短指（趾）和轻度智力障碍。研究人员报道了三个非亲属患者的重叠de novo缺失，这些缺失在14q24.1q24.3区域的长度分别为5.4、2.8和2.3 Mb。尽管一些临床问题，如肠扭转、隐睾和异位肾，仅在某些患者中观察到，但所有三个患者都有轻度智力障碍、先天性心脏病（动脉干、肺动脉闭锁、房间隔缺损和/或室间隔缺损）、短指（趾）、眼距过宽、鼻梁宽和上唇薄。共同缺失区（ACTN1、DCAF5、EXD2、GALNTL1、ERH、SLC39A9、PLEKHD1、CCDC177、KIAA0247、LOC100289511、SRSF5、SLC10A1、SMOC1、SLC8A3、ADAM21P1、COX16、SYNJ2BP、SYNJ2BP-COX16、ADAM21）中一个或多个基因的半合子不足可能是这些表现的原因，但除了SMOC1，目前尚未报道其他基因的突变与疾病相关。功能研究和该区域突变或染色体畸变的系统搜索将阐明个别基因在临床表现中的作用，并提供对潜在生物学机制的深入了解[6]。

EXD2还参与了DNA双链断裂（DSB）的修复。研究发现，DSB的修复在G1细胞中具有双相动力学。他们表明，具有慢动力学修复的DSB，包括那些定位在异染色质区域或DSB位点具有额外损伤的DSB，在c-NHEJ修复之前会发生切割。依赖于切割的c-NHEJ代表了一个诱导过程，其中Plk3磷酸化CtIP，介导其与Brca1的相互作用，并促进切割的启动。Mre11核酸酶、EXD2和Exo1执行切割，而Artemis核酸酶功能在完成依赖于切割的c-NHEJ中是必不可少的。如果切割没有开始，那么修复可以通过c-NHEJ进行，但当切割被执行时，Artemis对于完成依赖于切割的c-NHEJ是必不可少的。此外，在G1中，Mre11核酸酶活性对于切割是不必要的。因此，G1中的切割与导致同源重组的G2中的过程不同。依赖于切割的c-NHEJ显著有助于G1中缺失和易位的形成，这些缺失和易位是癌症发生的重要起始事件[7]。

EXD2的基因在哺乳动物中具有不同的分布和功能。研究发现，美洲骆驼（包括羊驼、美洲驼、美洲驼和美洲驼）基因组中存在ROH。使用全基因组测序（WGS）数据，研究人员调查了美洲骆驼基因组中ROH的发生和分布，以确定四个物种之间的遗传关系和潜在的选型特征。多维度缩放方法显示，四个物种之间存在明显的分离；然而，混合分析表明，从美洲驼和美洲驼到羊驼的遗传渗入很强。相反，美洲驼与其他美洲骆驼的遗传混合非常低。四个物种在ROH的数量、长度（100-500 kb）和基因组近交系数方面没有显著差异。较长的ROH（>500 kb）几乎只在羊驼中发现。羊驼共有七个重叠的ROH，包含九个位点（FGF5、LOC107034918、PRDM8、ANTXR2、LOC102534792、BSN、LOC116284892、DAG1和RIC8B），而美洲驼有九个重叠的ROH，包含二十五个注释位点（ERC2、FZD9、BAZ1B、BCL7B、LOC116284208、TBL2、MLXIPL、PHF20、TRNAD-AUC、LOC116284365、RBM39、ARFGEF2、DCAF5、EXD2、HSPB11、LRRC42、LDLRAD1、TMEM59、LOC107033213、TCEANC2、LOC102545169、LOC116278408、SMIM15、NDUFAF2和RCOR1）。美洲驼和美洲驼分别检测到四个重叠的ROH，包含三个注释位点（DLG1、KAT6B和PDE4D），以及三个重叠的ROH，包含七个注释基因（ATP6V1E1、BCL2L13、LOC116276952、BID、KAT6B、LOC116282667和LOC107034552）。选型特征揭示了基因组区域可能被选择用于生产性状以及自然适应恶劣环境。羊驼和美洲驼表明，选择是由环境和农业目的驱动的，而美洲驼和美洲驼表现出适应恶劣环境的选型信号。有趣的是，KAT6B基因的选型信号在美洲驼和美洲驼中都得到了鉴定，这表明它对野生种群适应性有积极影响。这些信息可能对未来的生态和动物生产研究感兴趣[4]。

EXD2基因在非洲爪蟾卵母细胞中的分布和功能与其在哺乳动物中的功能相似。研究发现，非洲爪蟾卵母细胞中生物分子来源的母体生物分子分布不对称，这对其发育计划有影响。他们提出了亚细胞转录组和蛋白质组分析，沿着非洲爪蟾卵母细胞动物-胚芽轴进行。超过98%的母体mRNA可以根据其定位特征分为四组：动物、胚芽、极胚芽和一组新描述的mRNA，称为极动物，这些mRNA在动物皮质区域富集。分析了局部化mRNA的3'UTR中的定位基序。为胚芽和极胚芽mRNA发现了几种假定的基序，而极动物mRNA没有发现明显的保守基序，这表明它们具有不同的定位机制。蛋白质的定位特征也与相应mRNA的定位特征相关。基于对同源基因exd2的意外观察，他们提出了一种可能的遗传进化机制[8]。

EXD2基因在奶牛的热应激生殖性能中发挥了作用。研究发现，热应激对奶牛的生殖性能有负面影响。该研究的主要目的是剖析奶牛在热应激条件下生殖能力的遗传基础。他们的第一个目标是估计考虑热应激的奶牛受孕的遗传成分。他们的第二个目标是揭示解释奶牛在热应激下受孕能力的个别基因和功能基因集。数据包括13,704头荷斯坦奶牛的74,221次人工授精记录。使用随机回归到温度-湿度指数值函数的多性状线性重复力模型进行分析。在热应激下，奶牛受孕的遗传力估计约为2-3%，而一般和热耐受性加性遗传效应之间的遗传相关性为负，范围在-0.35到-0.82之间，表明奶牛在热中性条件下的受孕能力与热应激条件下的受孕能力之间存在不利关系。全基因组扫描确定了BTA1、BTA10、BTA11、BTA17、BTA21和BTA23上至少六个与热应激下受孕相关的基因组区域。这些区域包含候选基因，如BRWD1、EXD2、ADAM20、EPAS1、TAOK3和NOS1，这些基因直接涉及生殖功能和细胞对热应激的响应。基因集富集分析揭示了与受精、发育生物学、热休克蛋白和氧化应激等相关的功能术语。总的来说，他们的发现有助于更好地理解奶牛在热应激条件下生殖性能的遗传基础，并指出通过标记辅助育种改善热耐受性和繁殖的新基因组策略[9]。

综上所述，EXD2基因在细胞对基因毒性应激的反应、线粒体翻译的调控、DNA双链断裂的修复、哺乳动物和非洲爪蟾卵母细胞中的分布和功能以及奶牛的热应激生殖性能中发挥了重要作用。EXD2的缺失与多种临床问题相关，包括先天性心脏病、短指（趾）和轻度智力障碍。EXD2基因的研究有助于深入理解其在生物学过程和疾病发生机制中的作用，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。