Cbx5-KO 基因敲除小鼠

Cbx5，也称为HP1α，是一种重要的异染色质蛋白1（HP1）家族成员，参与调控染色质的包装和表观遗传基因表达。HP1家族成员包括HP1α、HP1β和HP1γ，它们与染色质结构蛋白H3K9me3结合，形成异染色质，从而抑制基因表达。Cbx5在多种生物学过程中发挥作用，包括细胞分化、发育、代谢和疾病发生。

研究表明，Cbx5在急性髓系白血病（AML）中发挥重要作用。RNA结合蛋白（RBP）是后转录调控的关键仲裁者，在血液系统恶性肿瘤中发现失调。研究发现，RBP RBMX及其反转录基因RBMXL1对于小鼠和人髓系白血病的发生是必需的。与正常人相比，RBMX/L1在AML患者中过表达，RBMX/L1的缺失会延迟白血病的发展。RBMX/L1的缺失导致染色质可及性发生显著变化，以及染色体断裂和间隙的形成。研究发现，RBMX/L1直接结合到mRNA上，影响多个位点的转录，包括CBX5（HP1α），并控制CBX5位点的初始转录。强迫CBX5表达挽救了RBMX/L1耗尽对细胞生长和凋亡的影响。这些发现表明，RBMX/L1通过其下游靶标CBX5调节染色质状态来控制白血病细胞的存活，这为RBP直接促进转录提供了机制，并表明RBMX/L1和CBX5是髓系恶性肿瘤的潜在治疗靶标[1]。

Cbx5在肺纤维化中也发挥重要作用。肺纤维化是一种以肺泡内激活的成纤维细胞和肺瘢痕形成为特征的毁灭性疾病。研究表明，组蛋白3赖氨酸9甲基化（H3K9me）是一种关键的表观遗传修饰，通过抑制将肺成纤维细胞恢复到非活性状态的基因转录，维持成纤维细胞的激活。研究发现，组蛋白甲基转移酶G9a（EHMT2）和染色质框同源蛋白5（CBX5，也称为HP1α），分别沉积H3K9me标记并组装相关抑制复合物，对于通过表观遗传抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α基因（PPARGC1A，编码PGC1α）的转录，从而启动和维持成纤维细胞激活是必需的。TGFβ和增加的基质刚度通过CBX5/G9a通路有效地抑制肺成纤维细胞中PGC1α的表达。在成纤维细胞中抑制CBX5/G9a通路可上调PGC1α，减轻TGFβ和基质刚度促进的H3K9甲基化，并减少博莱霉素损伤后肺中的胶原蛋白积累。这些结果表明，H3K9甲基化介导的表观遗传沉默对于生物化学和生物力学成纤维细胞激活是必需的，并且靶向这一表观遗传途径可能通过将肺成纤维细胞恢复到静息状态而提供治疗益处[2]。

Cbx5在牙周炎中也发挥重要作用。牙龈卟啉单胞菌产生的细胞外膜囊泡（OMVs）含有多种生物活性分子，可能参与牙周炎的进展。研究发现，牙龈卟啉单胞菌OMVs在体内和体外都参与了牙周炎的发生。微计算机断层扫描（micro-CT）和组织学分析显示，在大鼠中刺激牙龈卟啉单胞菌OMVs后，牙槽骨显著吸收。研究发现，牙龈卟啉单胞菌OMVs被体外的人牙周韧带细胞（hPDLCs）摄取，随后导致细胞凋亡和炎症细胞因子的释放，这是通过牙龈卟啉单胞菌OMVs中的微RNA-size小RNA（msRNA）sRNA45033实现的。通过生物信息学分析和筛选目标基因，染色质框5（CBX5）被确定为筛选出的sRNA45033的下游目标。使用双荧光素酶报告基因测定、过表达和敲低方法，证实了sRNA45033靶向CBX5以调节hPDLC凋亡。此外，CUT&Tag（切割目标并标记）分析证实了CBX5通过p53 DNA的甲基化调节凋亡的机制。这些发现表明，牙龈卟啉单胞菌OMVs在牙周炎的进展中具有免疫相关性，并且与细菌的毒力有关。sRNA45033在牙龈卟啉单胞菌OMVs中靶向CBX5，CBX5调节p53 DNA的甲基化和其表达，这与凋亡有关，OMVs在牙周炎的发生中调节宿主和病原体之间相互作用的新机制[3]。

Cbx5在肺癌中也发挥重要作用。虽然表皮生长因子受体（EGFR）酪氨酸激酶抑制剂（EGFRi）已获批准用于治疗EGFR突变型肺腺癌（LUAD），但获得性耐药性的出现限制了其临床益处。研究表明，CBX5缺失是EGFRi耐药性的驱动因素，并揭示了治疗EGFRi耐药性LUAD的机会。为了确定LUAD中EGFRi耐药性的非遗传机制，研究者进行了一项针对363个人类表观遗传调控基因的全表观基因组shRNA筛选。该筛选确定了CBX5缺失是EGFR突变型LUAD中EGFRi耐药性的驱动因素。CBX5的缺失导致EGFR突变型LUAD细胞中转录因子E2F1的表达增加，进而刺激抗凋亡基因BIRC5（survivin）的表达。CBX5缺失的EGFR突变型LUAD细胞中E2F1介导的BIRC5上调减弱了EGFRi治疗后的凋亡诱导。与这些结果一致，在细胞培养和小鼠中敲低E2F1或BIRC5部分挽救了CBX5敲低引起的EGFRi耐药性。EGFRi耐药性LUAD细胞系与亲本细胞系相比CBX5表达降低；然而，溴域和末端域（BET）域抑制剂（BETi）恢复了这些细胞中的CBX5表达，并使它们对EGFRi/BETi联合治疗敏感。同样，使用BIRC5抑制剂抑制EGFRi耐药性LUAD细胞的生长。这些研究表明，CBX5缺失是EGFRi耐药性的驱动因素，并为治疗EGFRi耐药性LUAD提供了治疗机会[4]。

Cbx5在骨形成和骨稳态中也发挥重要作用。骨形成和骨稳态受到环境因素和内分泌调节信号的控制，这些信号启动细胞内信号通路，能够调节基因表达。骨相关基因表达受到基于核小体的染色质结构的控制，该结构限制了谱系特异性基因调控DNA序列和序列特异性转录因子的可及性。从发育的角度来看，在胚胎发生的早期阶段，骨特异性基因表达必须被抑制，以防止在胎儿生长过程中过早的骨骼元素矿化。因此，骨形成最初被基因抑制性表观遗传调节因子抑制，而其他表观遗传调节因子则积极支持成骨细胞分化。刺激或减弱成骨的突出表观遗传调节因子包括赖氨酸甲基转移酶（例如，EZH2、SMYD2、SUV420H2）、赖氨酸去乙酰化酶（例如，HDAC1、HDAC3、HDAC4、HDAC7、SIRT1、SIRT3）、精氨酸甲基转移酶（例如，PRMT1、PRMT4/CARM1、PRMT5）、双加氧酶（例如，TET2）、溴域蛋白（例如，BRD2、BRD4）和染色质域蛋白（例如，CBX1、CBX2、CBX5）。这篇叙述性综述提供了一个广泛的概述，涉及数百种酶，这些酶添加、读取或删除涉及DNA和组蛋白蛋白的共价修饰，这些修饰与间充质干细胞、骨骼干细胞和成骨细胞在成骨过程中的自我更新和分化有关[5]。

Cbx5的HP1α蛋白具有形成相分离液滴的新特性。基因沉默通过异染色质发生，部分是由于异染色质蛋白1（HP1）蛋白能够在基因组的大区域中扩散，压缩底层的染色质并招募多种配体。研究发现，人HP1α蛋白具有形成相分离液滴的能力。未修饰的HP1α是可溶的，但磷酸化其N末端延伸或DNA结合会促进相分离液滴的形成。磷酸化驱动的相分离可以被特定的HP1α配体促进或逆转。异染色质的已知成分，如核小体和DNA，优先分配到HP1α液滴中，但如转录因子TFIIB等分子则没有偏好。使用单分子DNA幕布测定，研究发现未修饰和磷酸化的HP1α都能迅速将DNA链压缩成点，尽管具有不同的特征。通过直接将蛋白质递送到哺乳动物细胞中，发现无法在体外形成相分离的HP1α突变体形成的核点比磷酸化的HP1α更少、更小。这些发现表明，异染色质介导的基因沉默可能部分是通过在相分离的HP1液滴中隔离压缩染色质发生的，这些液滴可以溶解或通过特定的配体根据核环境形成[6]。

Cbx5在人类衰老中也发挥重要作用。维尔纳综合症（WS）是一种早衰性疾病，由WRN蛋白缺陷引起。研究发现，在人类胚胎干细胞（ESCs）中产生了人类WS模型。WRN缺失的ESCs分化为间充质干细胞（MSCs）重现了早衰性细胞衰老的特征，H3K9me3的全局丧失和异染色质结构的改变。研究发现，WRN与异染色质蛋白SUV39H1和HP1α以及核层-异染色质锚定蛋白LAP2β相关联。在野生型MSCs中靶向敲入催化活性失活的SUV39H1重现了加速的细胞衰老，类似于WRN缺失的MSCs。此外，在老年个体中检测到WRN和异染色质标记的减少。这些观察结果表明，WRN在维持异染色质稳定性方面发挥作用，并强调了异染色质解组作为人类衰老潜在决定因素的可能性[7]。

Cbx5在乳腺癌中也发挥重要作用。人类异染色质蛋白1（HP1）家族的三个成员，HP1α、HP1β和HP1γ，参与染色质包装和表观遗传基因调控。HP1α由CBX5基因编码，是转移抑制因子。与转移性乳腺癌相比，CBX5在非转移性乳腺癌中在转录和蛋白水平下调。CBX5与hnRNPA1基因共享双向启动子结构。然而，尽管CBX5在转移性细胞中的表达下调，hnRNAP1的表达保持恒定。研究发现，hnRNPA1和CBX5双向核心启动子片段并不包含在转移性细胞中特异性下调CBX5的表达的内在能力。对20kb CBX5内含子1中的转录事件的表征揭示了存在几种新的CBX5转录本。其中两个编码保守的HP1α蛋白，但使用内含子1中的自主启动子，从而使HP1α的表达与双向启动子解耦。此外，还发现了一种CBX5转录本，称为STET。这种转录本包括CBX5外显子1和部分内含子1序列，但不包括HP1α编码外显子。在乳腺癌细胞系和乳腺癌患者组织样本中观察到STET和编码HP1α的CBX5 mRNA表达之间的负相关。研究发现，HP1α在转移性乳腺癌细胞中下调的机制涉及CBX5启动子下游序列，并且通过选择性多腺苷酸化和剪接产生了一种转录本STET，可能在致癌过程中具有潜在重要性[8]。

Cbx5在肝细胞癌中也发挥重要作用。研究表明，miR-3200通过增强Rab7A来加速肝细胞癌细胞的生长。miR-3200与肿瘤发生密切相关，然而，miR-3200在人类肝细胞癌发生中的作用尚不清楚。研究发现，miR-3200在体内和体外都明显加速了肝细胞癌细胞的生长。研究发现，miR-3200影响多个基因的转录调控，包括DSP、BABAM2、Rab7A、SQSTM1、PRKAG2、CDK1、ABCE1、BECN1、PTEN、UPRT。此外，miR-3200还影响某些基因的翻译能力，例如上调GNS、UPRT、EIFAD、YOS1、SGK1、K-Ras、PKM2、C-myc、Pim1、CyclinD1、CyclinE、PCNA，下调KDM2A、AATF、TMM17B、RAB8B、MYO1G、P21WAF1/Cip1、GADD45、PTEN、P27、P18、P57、SERBP1、RPL34、UFD1、Bax、ANXA6、GSK3β。此外，miR-3200影响肝细胞癌中的某些信号通路，包括碳代谢信号通路、DNA复制通路、FoxO信号通路、Hippo信号通路、丝氨酸和苏氨酸代谢信号通路、mTOR信号通路、脂肪酸生物合成信号通路、致癌受体激活信号通路和自噬信号通路。此外，研究结果还表明，miR-3200通过增加人肝细胞癌中的端粒重塑来增强RAB7A的表达，从而调节miR-3200的致癌功能。这些结果对人类肝细胞癌的预防和治疗具有重要意义[9]。

Cbx5在肺纤维化中也发挥重要作用。特发性肺纤维化（IPF）的特点是间质成纤维细胞的持续激活导致胶原蛋白过度沉积和进行性器官衰竭。表观遗传和代谢异常已被证明有助于瘢痕形成成纤维细胞的持续激活状态。然而，表观遗传变化如何调节成纤维细胞代谢反应以促进成纤维细胞激活和进行性纤维化仍然 largely 未知。研究发现，表观遗传调节因子染色质框蛋白同源5（CBX5）对于静止成纤维细胞转变为对博莱霉素诱导的肺损伤产生反应的活性胶原蛋白产生成纤维细胞是至关重要的。间充质CBX5的缺失减弱了纤维化的发展，并且这种影响伴随着病理性成纤维细胞基因（包括Cthrc1、Col1a1和Spp1）的下调和具有抗纤维化活性的代谢基因（如Ppara和Pparg）的上调。scRNA-seq和免疫组化分析显示，CBX5表达在IPF肺中的病理性成纤维细胞和成纤维细胞聚集物中富集。Bulk RNA-seq分析结合代谢评估表明，CBX5沉默在IPF成纤维细胞中有效地抑制了TGFβ刺激的糖酵解，同时增强了AMPK信号传导和线粒体代谢。最后，在体外和体外IPF肺移植物中中断CBX5通路与二甲双胍诱导的AMPK激活协同作用，抑制了胶原蛋白分泌。总的来说，这些发现确定了CBX5作为表观遗传调节因子，将代谢不适应与IPF进展期间肺成纤维细胞的持续激活状态联系起来[10]。

综上所述，Cbx5是一种重要的异染色质蛋白，参与调控染色质的包装和表观遗传基因表达。Cbx5在多种生物学过程中发挥作用，包括细胞分化、发育、代谢和疾病发生。研究表明，Cbx5在急性髓系白血病、肺纤维化、牙周炎、肺癌、骨形成、人类衰老、乳腺癌和肝细胞癌中都发挥重要作用。Cbx5的研究有助于深入理解异染色质介导的基因沉默和表观遗传调控的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。