Nme5-KO 基因敲除小鼠

NME5是NME基因家族成员之一，该家族最初以NME1（Nm23-H1）为代表，是第一个被发现的转移抑制因子。NME基因家族成员都含有核苷二磷酸激酶（NDPK）结构域，根据NDPK结构域的数量和是否存在其他结构域，NME蛋白被分为两组。第一组（NME1-NME4）包含一个NDPK结构域，而第二组（NME5-NME9）则包含一个或多个NDPK结构域，这些结构域可能与其他结构域相关联或不相关联。第二组成员（如NME5）通常没有可测量的NDPK活性，尽管它们中的一些可以进行自磷酸化。NDPK活性需要多聚体形式，而第一组成员已知可以多聚化，但关于第二组成员的多聚化数据尚无报道。第二组成员的祖先型蛋白在多个物种中保守存在，包括三个真核生物超群。有研究表明，祖先型蛋白具有完全功能的NDPK活性，对多种类型的DNA具有高亲和力，并在真核细胞中广泛分布。其过表达抑制了细胞增殖和软琼脂中细胞的锚定非依赖性生长，但未能调节细胞凋亡。这表明祖先基因在真核生物进化过程中发生了变化，可能与蛋白质功能相关[1]。

NME5基因在人类睾丸和一些类型的癌症中高表达。研究发现，NME5与人类胰腺癌细胞中天生的吉西他滨耐药性相关。为了阐明NME5的转录调控机制，研究人员分析了人类NME5基因的5'-侧翼区域，并确定了其转录起始位点（TSS）相对于翻译起始密码子ATG的-35 bp位置。通过5'单向删除分析，他们证明了NME5的近端启动子位于-1051 bp至+35 bp之间。在启动子区域发现了两个功能性GC框（-300 bp和-323 bp），突变任何一个GC框都会导致NME5启动子活性显著降低。过表达Sp1转录因子激活了MIA PaCa-2和293T细胞中的NME5启动子活性。此外，与MIA PaCa-2细胞相比，Sp1在PAXC002细胞中高度表达，后者是一种特征明显的、具有天生的吉西他滨耐药性的胰腺癌细胞系，其中NME5的表达也被报道为高表达。这些结果表明，Sp1转录因子在胰腺癌细胞中诱导NME5表达[2]。

NME5基因编码的蛋白质参与细胞纤毛功能，该基因的突变与原发性纤毛运动不良（PCD）相关。PCD是一种遗传性疾病，其特征是运动纤毛缺陷，大约每20,000名活产婴儿中就有1例。研究人员从一位PCD患者身上建立了两个人类诱导多能干细胞克隆，该患者携带NME5基因的纯合缺失（c.415delA（p.Ile139Tyrfs*8））。此外，在一个阿拉斯加玛拉穆特犬家族中，两个幼犬中的两个患有PCD。父母未受影响，表明为常染色体隐性遗传。通过全基因组测序发现，NME5基因中存在一个与疾病相关的移码变异（c.43delA）。Nme5-/-敲除小鼠表现出颅骨隆起、脑积水和精子鞭毛缺陷。NME5基因中的NME5:c.43delA变异的基因型与阿拉斯加玛拉穆特犬家族中的表型表现出预期的共分离。后来，在研究中还发现了一个与PCD和脑积水相关的无关联的阿拉斯加玛拉穆特犬，其NME5基因中的NME5:c.43delA变异也为纯合突变。该突变等位基因在来自不同品种的1000多只对照犬中未发现。免疫组化显示，受影响犬的鼻上皮中缺乏NME5蛋白。因此，NME5:c.43delA变异被认为是阿拉斯加玛拉穆特犬PCD的最有可能的致病变异。这些发现使得进行遗传测试成为可能，以避免在未来无意中繁殖受影响的犬只。此外，这项研究的结果还确定了NME5作为人类未解决的PCD和/或脑积水病例的候选基因[3,4,5]。

NME5基因在乳腺癌中的作用也引起了研究人员的关注。研究发现，NME1和NME2基因在乳腺癌中的mRNA表达显著增加，并且高水平的NME1和NME2与较差的总生存期相关。相反，NME3、NME5和NME7的mRNA表达上调与较长的生存期相关。此外，NME基因家族的mRNA水平升高、扩增或深度缺失在所有包括的乳腺癌标本中约占41%。NME1和NME2基因在乳腺癌中的表达与人类NME基因的遗传相关性最高。NME基因的上调调节了以下途径：R-HAS-380270：有丝分裂中心体的募集和复合物；GO:0006228：UTP生物合成过程；R-HAS-380259：有丝分裂中心体中NlP的丢失；hsa03410：碱基切除修复；CORUM:3714：Pericenrin-GCP复合物，这些途径显著受到NME基因变化的影响。这些发现表明，NME1和NME2的表达升高可以作为乳腺癌患者预后不良的标志物和预测工具。此外，这些发现还表明，NME3、NME5和NME7可能发挥肿瘤抑制基因的作用，这需要通过进一步的实验进行验证[6]。

NME5蛋白在细胞核中具有多种功能，包括DNA结合、转录和DNA损伤修复。NME家族的蛋白质由10个亚型组成，分别是NME1-10，它们在酶活性和亚细胞定位模式上有所不同。每个亚型都包含一个与NDPK功能相关的保守结构域，尽管并非所有亚型都具有催化活性。一些NME亚型（如NME1、NME5、NME7和NME8）还表现出3'-5'外切酶活性，这表明它们在DNA校对和修复中发挥作用。NME1和NME2已被证明可以转移到细胞核中，尽管它们缺乏典型的核定位信号。NME1和NME2与DNA的结合似乎在严格意义上不具有序列特异性，而是针对单链区域和/或其他非B型结构。NME1和NME2已被确定为潜在的典型转录因子，它们通过DNA结合活性调节基因转录。事实上，NME1和NME2亚型已被证明可以调节多种细胞环境中的基因表达程序，并且这种调节功能被认为与其在抑制癌细胞转移表型方面的能力有关。此外，NME1以及最近发现的NME3已被认为是参与修复DNA单链和双链断裂的基因。这表明NME蛋白表达的降低可能导致驱动癌症进展的基因组不稳定性。显然，更好地了解NME1和可能的其他NME亚型的核功能，可以为癌症恶性进展的机制提供关键的见解。临床数据表明，NME1的亚细胞定位在某些癌症中可能是一个重要的预后指标。这篇综述总结了核NME蛋白在DNA结合、转录和DNA损伤修复方面的假设功能，并突出了它们在癌症进展中的可能作用[7]。

在帕金森病（PD）患者的大脑中，研究人员探索了编码参与嘌呤代谢的酶的基因的表达变化，因为嘌呤是DNA、RNA、核苷和核苷酸的核心，它们参与多种重要的代谢途径。通过实时定量PCR分析PD不同阶段的 substantia nigra、putamen和大脑皮层区域8中的22个参与嘌呤代谢的基因的mRNA表达，以及通过免疫组化定位选择的与嘌呤代谢相关的酶。在PD的第3-6阶段，substantia nigra中腺苷酸激酶2（AKA2）、AK3、AK4、腺嘌呤磷酸核糖转移酶、胞外核苷三磷酸二磷酸水解酶1（ENTPD1）、ENTPD3、非转移性细胞3、核苷二磷酸激酶3（NME1）、NME7和嘌呤核苷磷酸化酶1（PNP1）的mRNA表达降低；在第3-4阶段，frontal cortex区域8中的ADA mRNA上调；在第5-6阶段，AK1、AK5、NME4、NME5、NME6、5'-核苷酸酶（NT5E）、PNP1和果蝇 prune 同源体的mRNA上调。在第3-5阶段，putamen中这些基因的表达没有变化。substantia nigra中基因的下调可能解释为多巴胺能细胞死亡的结果，因为ENTPD3、NME1、NME7、AK1和PNP1主要在神经元中表达。然而，在substantia nigra中也下调表达的ENTPD1和NT5E分别主要在星形胶质细胞、可能的小胶质细胞和周细胞中表达。相反，在疾病后期，frontal cortex区域8中基因的上调可能表明该区域存在嘌呤代谢的改变[8]。

综上所述，NME5基因在多种生物学过程中发挥作用，包括癌症、PCD和PD。NME5蛋白在细胞核中具有多种功能，包括DNA结合、转录和DNA损伤修复。NME5的表达水平和活性与多种疾病的发生和发展相关，使其成为一个重要的研究领域。进一步研究NME5的功能和调控机制，有助于深入理解其在疾病中的作用，并为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。