Micos13-KO 基因敲除小鼠

MICOS13，也称为QIL1、MIC13或C19orf70，是一种在维持线粒体内膜嵴连接中发挥关键作用的基因。线粒体内膜嵴连接对于维持线粒体的正常结构和功能至关重要。MICOS13编码的蛋白质是线粒体接触位点和嵴组织系统（MICOS）复合物的一个组成部分，该复合物在维持嵴连接的稳定性以及线粒体的形态和功能方面发挥着重要作用。

MICOS13基因突变与多种线粒体疾病相关，包括线粒体DNA耗竭综合征（MTDPS）和肝脑线粒体DNA耗竭综合征。MTDPS是一种线粒体疾病，特征是线粒体DNA拷贝数的减少。许多MTDPS病例是由基因突变引起的，这些基因突变干扰了脱氧核糖核苷酸代谢。

在一项研究中，研究者对一位患有肝脑病和MTDPS的患者进行了全外显子组测序，并进行了功能分析，以确定所发现的变异的临床意义。该研究发现，患者体内存在一种新型的纯合框移变异，c.13_29del (p.Trp6Profs*71)在MICOS13基因中。MICOS13是MICOS复合物的一个组成部分，在维持线粒体内膜嵴连接方面发挥着重要作用。研究者发现，患者的成纤维细胞中MICOS13蛋白缺失，线粒体中的嵴结构减少。通过使用慢病毒系统在患者的成纤维细胞中稳定表达野生型MICOS13 cDNA，恢复了线粒体呼吸链复合物的缺陷。这些发现表明，新型的c.13_29del (p.Trp6Profs*71) MICOS13变异导致肝脑病和MTDPS。研究者提出，MICOS13应被归类为MTDPS的原因[1]。

另一项研究报道了通过全基因组测序和RNA测序在一种新型肝脑线粒体DNA耗竭综合征中发现的MICOS10基因变异。研究者在一位患者中发现了一种MICOS10基因的变异，该变异与线粒体肝病变和线粒体DNA耗竭相关。研究者发现，包括外显子1在内的缺失可能导致基因表达完全丧失，RNA测序表明单等位基因表达。患者成纤维细胞中的MIC10蛋白丢失，线粒体氧气消耗受损。通过在患者成纤维细胞中过表达MICOS10，这些缺陷得到了恢复。这些发现表明，MICOS10是肝病变和神经病变的原因，这种疾病与MICOS13相关的疾病非常相似[2]。

在一项关于疑似患有线粒体疾病的患者的研究中，研究者对30位来自24个无亲缘关系的家庭的受影响患者进行了临床、影像学、生化、组织病理学评估。从先证者外周血样本中提取的DNA用于核外显子和线粒体DNA（mtDNA）分析。研究者发现，外显子组测序揭示了9个基因中的14个不同的致病性变异，这些基因编码线粒体功能肽（AARS2、ECHS1、FBXL4、MICOS13、NDUFAF6、OXCT1、POLG、和TK2）在12位来自9个家庭的患者中，以及4个在6位来自4个家庭的患者中编码肌肉结构的基因（CAPN3、DYSF、和TCAP）的变异。此外，3位先证者携带了2个基因（MT-ATP6和MT-TL1）中的致病性mtDNA变异。9个在5个基因中的变异是首次报道与疾病相关：AARS2、ECHS1、NDUFAF6和OXCT1。双基因组DNA测序阐明了67%（16/24）家庭的遗传病因学。mtDNA测序在13%（3/24）的家庭中具有诊断价值，外显子组测序在54%（13/24）的家庭中具有诊断价值，优先考虑寻找核基因组病理学作为一级测试。在17%（4/24）的家庭中观察到的肌肉无力和肌肉萎缩强调了与线粒体肌病相似的肢带肌肉萎缩症在鉴别诊断中的重要性。正确的诊断对于家庭的全面遗传咨询至关重要。此外，它还有助于为患者提供有治疗帮助的转诊，例如确保早期获得TK2基因突变的患者的药物治疗[3]。

在一项关于日本肝脑线粒体DNA耗竭综合征的临床和分子基础的研究中，研究者回顾性评估了23位肝脑MTDPS患者的临床和遗传发现以及临床病程，这些患者是从2007年至2019年间诊断为线粒体疾病的999位患者中筛选出来的。在23位患者中，有18位患者的致病基因得到了确定：MPV17（n=13）、DGUOK（n=3）、POLG（n=1）和MICOS13（n=1）。8位MPV17缺乏的患者中，有5位携带c.149G>A或c.293C>T变异。MPV17是肝脑MTDPS最常见的遗传原因。肝移植（LT）对于MTDPS的结果并不乐观，如先前报道的那样，然而，携带与轻度表型相关的MPV17突变（如c.149G>A或c.293C>T），并且在LT前没有明显神经症状的患者，在LT后预后较好[4]。

在一项关于MIC13保守的GxxxG和WN基序的研究中，研究者系统地生成了20个氨基酸的删除突变体，覆盖了MIC13的整个长度。研究者发现，虽然删除MIC13的许多区域对其稳定性是无关紧要的，但N端区域和位于氨基酸残基84和103之间的区域对于MIC13的稳定性和功能是必要的。研究者进一步定位了这些区域内的保守基序，并发现N端跨膜结构域中的GxxxG基序和内部的WN基序对于MIC13的稳定性、MIC10亚复合物的形成、与MIC10-和MIC60亚复合物的相互作用以及嵴形态的维持是必不可少的。GxxxG基序对于MIC13的膜插入是必需的。总的来说，研究者系统地发现了MIC13中对于两个MICOS亚复合物之间桥接至关重要的保守残基。这项研究提高了我们对MIC13基本分子功能的理解，并对其在严重线粒体疾病发病机制中的作用具有重要意义[5]。

在一项关于QIL1依赖的MICOS复合物组装的研究中，研究者报道了一种C19orf70基因编码QIL1的必需剪接位点的突变，导致严重的线粒体脑病、肝病变和乳酸性酸中毒，与运动障碍相一致。此外，还观察到了双侧肾结石。MICOS复合物亚基的解组装显示缺乏MIC10-MIC26-MIC27-QIL1亚复合物，导致嵴结构异常，嵴连接和接触位点丢失。在肝脏和肌肉组织中，呼吸链复合物的活性（OXPHOS）严重受损。MICOS复合物缺陷不仅影响线粒体结构，还影响线粒体融合、代谢信号传导、脂质转运和细胞电稳态[6]。

综上所述，MICOS13基因在维持线粒体内膜嵴连接和线粒体的正常结构和功能中发挥着重要作用。MICOS13基因突变与多种线粒体疾病相关，包括线粒体DNA耗竭综合征和肝脑线粒体DNA耗竭综合征。研究MICOS13基因的功能和突变机制对于理解线粒体疾病的发病机制和寻找治疗方法具有重要意义。