TAC1(Tachykinin-1)基因编码速激肽-1,也称为P物质(Substance P,SP),是一种神经肽,在哺乳动物中具有多种生理功能,包括疼痛传递、免疫调节和激素分泌调节等。TAC1基因在鱼类中也得到了研究,例如在草鱼中,TAC1基因编码的物质P和神经激肽A(Neurokinin A,NKA)被证明可以调节促性腺激素(LH)、催乳素(PRL)和促生长激素α(SLα)的分泌和基因表达[5]。在哺乳动物中,TAC1基因还与性激素反应的神经元群体的性别和行为调节有关,例如,在BNSTprTac1/Esr1和VMHvlCckar/Esr1细胞类型中,TAC1基因的表达对于雄性的性别识别和雌性的交配行为至关重要[2]。
在真菌学领域,TAC1基因在白色念珠菌(Candida albicans)中发挥着重要作用。白色念珠菌是一种常见的真菌病原体,可导致念珠菌病。白色念珠菌对唑类药物的耐药性是一个重要的临床问题。TAC1基因编码一个转录因子,该转录因子控制着与耐药性相关的基因的表达,如外排泵基因(CDR1、CDR2和MDR1)和ERG11。TAC1基因的突变可以增加这些基因的表达,从而使白色念珠菌对唑类药物产生耐药性。已发现多种TAC1基因的突变,大多数是功能获得性突变,这些突变上调CDR1和CDR2的表达,导致对唑类药物的耐药性[1]。此外,TAC1基因在白色念珠菌对其他抗真菌药物的耐药性中也发挥着作用,如通过ERG11基因的突变导致对唑类药物的耐药性[4]。
在免疫学领域,TAC1基因与过敏性疾病如特应性皮炎有关。研究表明,屋尘螨(HDMs)通过其半胱氨酸蛋白酶活性直接激活表达TRPV1和TAC1基因的肽能痛觉感受器。这些痛觉感受器通过释放P物质和激活肥大细胞上的MRGPRB2受体,导致肥大细胞脱颗粒,从而驱动过敏性皮肤炎症的发展[3]。
在肺病学领域,TAC1基因编码的神经肽也参与了肺脏的神经支配。研究表明,肺脏的痛觉感受器包括Trpv1+和Tac1+神经元,它们在肺脏中具有不同的末端形态和靶向性,分别针对气道平滑肌、血管和肺泡。此外,Calb1+神经元优先支配肺神经内分泌细胞,这是已知的气道传感器群体[6]。
在分子生物学领域,TAC1基因还与染色质修饰有关。研究发现,TAC1染色质修饰复合物在果蝇的热休克基因hsp70的表达中发挥作用。在热应激后,TAC1被招募到几个热休克基因位点,其组分对于基因的高水平表达是必需的。TAC1具有组蛋白H3 Lys 4特异性(H3-K4)甲基转移酶(HMTase)活性和组蛋白乙酰转移酶活性,通过Trithorax(Trx)和CREB结合蛋白(CBP)分别实现。TAC1对于hsp70基因5'-编码区核小体组蛋白的甲基化和乙酰化是必需的,这表明TAC1在转录延伸过程中发挥着意想不到的作用[7]。
在植物学领域,TAC1基因与水稻的分蘖角度有关。水稻的分蘖角度是决定种植密度和影响水稻产量的关键特征。研究表明,TAC1基因是控制水稻分蘖角度的主要数量性状位点。在水稻的进化过程中,TAC1基因在编码区域几乎没有自然突变和修饰。TAC1基因的核苷酸多样性进一步表明,TAC1在水稻驯化过程中高度保守。此外,在粳稻中发现了TAC1基因的功能性核苷酸多态性,中性测试表明,在粳稻中存在强烈的正向选择,尤其是在包含FNP的TAC1基因编码区域的3'-侧翼区域。然而,在籼稻和野生稻中并没有发现选择。基于TAC1序列分析构建的系统发育树表明,粳稻和籼稻亚种是在水稻驯化过程中独立起源的[8]。
综上所述,TAC1基因在多种生物学过程中发挥着重要作用,包括疼痛传递、免疫调节、激素分泌调节、肺脏神经支配和染色质修饰等。TAC1基因在不同物种中具有不同的功能和表达模式,其研究对于深入理解生物学过程和疾病发生机制具有重要意义。
参考文献:
1. Mahdizade, Amir Hossein, Hoseinnejad, Akbar, Ghazanfari, Mona, Haghani, Iman, Romeo, Orazio. 2024. The TAC1 Gene in Candida albicans: Structure, Function, and Role in Azole Resistance: A Mini-Review. In Microbial drug resistance (Larchmont, N.Y.), 30, 288-296. doi:10.1089/mdr.2023.0334. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38770776/
2. Knoedler, Joseph R, Inoue, Sayaka, Bayless, Daniel W, Deisseroth, Karl, Shah, Nirao M. 2022. A functional cellular framework for sex and estrous cycle-dependent gene expression and behavior. In Cell, 185, 654-671.e22. doi:10.1016/j.cell.2021.12.031. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35065713/
3. Serhan, Nadine, Basso, Lilian, Sibilano, Riccardo, Galli, Stephen J, Gaudenzio, Nicolas. 2019. House dust mites activate nociceptor-mast cell clusters to drive type 2 skin inflammation. In Nature immunology, 20, 1435-1443. doi:10.1038/s41590-019-0493-z. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31591569/
4. Czajka, Karolina M, Venkataraman, Krishnan, Brabant-Kirwan, Danielle, Saunders, Deborah P, Tharmalingam, Sujeenthar. 2023. Molecular Mechanisms Associated with Antifungal Resistance in Pathogenic Candida Species. In Cells, 12, . doi:10.3390/cells12222655. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37998390/
5. Hu, Guangfu, He, Mulan, Ko, Wendy K W, Wong, Anderson O L. . TAC1 Gene Products Regulate Pituitary Hormone Secretion and Gene Expression in Prepubertal Grass Carp Pituitary Cells. In Endocrinology, 158, 1776-1797. doi:10.1210/en.2016-1740. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28323939/
6. Su, Yujuan, Barr, Justinn, Jaquish, Abigail, Verheyden, Jamie M, Sun, Xin. 2021. Identification of lung innervating sensory neurons and their target specificity. In American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology, 322, L50-L63. doi:10.1152/ajplung.00376.2021. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34755535/
7. Smith, Sheryl T, Petruk, Svetlana, Sedkov, Yurii, Canaani, Eli, Mazo, Alexander. 2004. Modulation of heat shock gene expression by the TAC1 chromatin-modifying complex. In Nature cell biology, 6, 162-7. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/14730313/
8. Jiang, Jiahuan, Tan, Lubin, Zhu, Zuofeng, Cai, Hongwei, Sun, Chuanqing. 2012. Molecular evolution of the TAC1 gene from rice (Oryza sativa L.). In Journal of genetics and genomics = Yi chuan xue bao, 39, 551-60. doi:10.1016/j.jgg.2012.07.011. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23089365/