Hs3st3a1-KO 基因敲除小鼠

Hs3st3a1（也称为3-O-sulfotransferase 3A1）是一种编码3-O-硫酸转移酶的基因，该酶在肝素硫酸盐（HS）的生物合成过程中发挥着重要作用。HS是一类复杂的糖胺聚糖，存在于细胞表面和细胞外基质中，参与多种生物学过程，包括细胞信号传导、细胞黏附、血管生成和免疫调节等。Hs3st3a1的表达和功能异常与多种疾病的发生和发展密切相关。

甲状腺癌（TC）是一种常见的恶性肿瘤，其预后因亚型不同而差异较大。肿瘤微环境（TME）在多种恶性肿瘤中发挥着重要作用，包括甲状腺癌。一项研究结合ESTIMATE和CIBERSORT算法，鉴定了四个TME相关基因，并评估了它们与临床特征的相关性。这些发现揭示了TME在TC中的恶性表现，TME相关的差异表达基因（DEGs）可能作为预后生物标志物，可用于预测TC患者免疫治疗的效果。临床和基因表达特征的数据来自TCGA数据集。ESTIMATE算法被用来估计基质和免疫分数，并预测基质和免疫细胞的浸润水平。通过R中的"limma"包筛选与TME相关的差异表达基因，并通过string网站构建PPI网络。KEGG通路和GO分析用于研究TME相关DEGs的生物过程和分子功能。然后，通过单变量Cox回归分析筛选与临床特征相关的四个基因。GSEA用于评估它们在TC TME中的作用。为了进一步研究TME相关基因与肿瘤浸润免疫细胞（TIICs）之间的关系，进行了CIBERSORT分析。最后，通过RT-qPCR、IHC、MTT、集落形成和transwell实验验证了两个基因的恶性行为。四种TME相关DEGs，LRRN4CL、HS3ST3A1、PCOLCE2和CAPN8被鉴定出来，并且被发现可以显著预测不良的总体生存率。KEGG和GO通路分析证实了TME相关DEGs参与了免疫反应和癌症途径。此外，HS3ST3A1和CAPN8的恶性行为通过细胞功能实验得到了验证。这些结果表明，TME相关基因HS3ST3A1和CAPN8可以作为TC患者预后的预测指标，可能作为有价值的预后生物标志物和TME指标，可用于预测免疫治疗效果，为TC患者提供新的治疗策略[1]。

唾液腺（SG）的发育和功能受到肝素硫酸盐（HS）的调节。HS的3-O-硫酸化修饰是由3-O-硫酸转移酶产生的，Hs3st3a1和Hs3st3b1在肌上皮细胞（MECs）中富集，这些细胞产生基底膜（BM）并作为生长因子信号传导中心。为了研究3-O-HS对MEC功能和生长因子信号传导的调节作用，研究人员构建了Hs3st3a1;Hs3st3b1双敲除（DKO）小鼠。DKO小鼠表现出特定的3-O-HS的缺失和FGF/FGFR复合物与HS结合的增加。在发育过程中，这导致FGFR、BM和MEC相关基因表达的增加，而在成年时，它减少了MECs的数量，增加了BM并破坏了腺泡极性，导致唾液腺功能减退。在FGFR pull-down实验和原代器官培养中添加定义的3-O-HS调节FGFR信号传导，以调节MEC BM合成，这对于分泌单元的稳态和腺泡功能至关重要。理解HS硫酸化如何调节发育将为HS类似物在器官再生中的应用提供信息[2]。

恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）的寄生血症与宿主肝素硫酸盐蛋白聚糖（HSPGs）的相互作用密切相关。Hs3st3a1/B1基因编码两种同源3-O-硫酸转移酶，参与肝素硫酸盐（HS）生物合成的晚期修饰步骤。除了在HS3ST3A1启动子区域的单核苷酸多态性（SNP）rs28470223（C > T）和在HS3ST3B1茎区域的rs62636623（Gly/Arg）外，还有三种错义突变（rs62056073、rs61729712和rs9906590）位于3-OST-B1的催化硫酸转移酶结构域内，与恶性疟原虫寄生血症相关。为了确定这些SNP关联的功能效应，研究人员研究了rs28470223的调节效应，并表征了位于底物结合裂隙附近的错义SNP rs61729712（Ser279Asn）的酶促活性。SNP rs28470223导致HS3ST3A1在K562细胞中的启动子活性降低，表明在体内转录活性降低。使用HS衍生的寡糖底物对野生型HS3ST3B1和Ser269Asn变体（rs61729712）进行比较动力学分析显示，SNP变体的催化活性略高。这些基因和酶促研究结果表明，与HS 3-O-硫酸化相关的酶的遗传变异可以调节其启动子和酶促活性，并可能影响恶性疟原虫寄生血症[3]。

胎盘的血管内皮糖萼，由膜结合蛋白聚糖和附着糖胺聚糖组成，在血管稳态中发挥着重要作用。一项研究旨在评估糖萼mRNA转录物在先兆子痫和正常血压妇女胎盘组织中是否差异表达。研究人员使用来自先兆子痫和正常血压妇女的胎盘mRNA的微阵列分析评估了编码糖萼合成和降解蛋白的转录物的表达。参与者来自荷兰阿姆斯特丹大学医院的产科部门。最突出的差异表达转录物通过qPCR在112个额外的胎盘样本上得到验证。在78个预选的与糖萼合成和降解相关的基因中，只有HS3ST3A1 mRNA在先兆子痫妇女的胎盘组织中与正常血压妇女相比差异表达（N = 12，N = 12，倍数变化= 0.61，p = 0.02）。在64个正常血压和48个先兆子痫妇女的额外胎盘样本中，qPCR验证证实HS3ST3A1的标准化mRNA表达在先兆子痫妇女的胎盘组织中比正常血压妇女降低了27%（95% CI 14%-41%，p < 0.001）。HS3ST3A1的表达与正常血压妇女的新生儿出生体重呈正相关（r = 0.35，p < 0.01），与先兆子痫妇女的平均动脉压呈负相关（r = 0.32，p = 0.02）。编码肝素硫酸盐3-O-硫酸化酶（3-OST-3A1）的HS3ST3A1 mRNA表达在先兆子痫胎盘组织中降低。这种糖萼合成转录物的表达与母体血压和新生儿出生体重相关，表明可能在先兆子痫相关的胎盘功能障碍中发挥作用[4]。

急性淋巴细胞白血病（ALL）是一种起源于淋巴细胞的疾病，主要发生在儿童中。虽然其5年生存率很高，但化疗药物耐药性仍然是一个障碍。一项研究旨在通过差异表达基因（DEGs）分析和虚拟筛选来确定与天冬酰胺酶、柔红霉素、泼尼松和长春新碱耐药性相关的DEGs，并确定潜在的抑制剂。从基因表达综合数据库（GEO）中获取了三个数据集；GSE635、GSE19143和GSE22529。使用R4.2.0和Bioconductor包分析微阵列数据，并进行了通路和蛋白质-蛋白质相互作用分析。研究人员确定了1294个上调的DEGs，其中12个基因在所有四个耐药组中始终上调。KEGG分析表明与PI3K-Akt通路相关。在DEGs中，33个枢纽基因包括MDM2和USP7。在共同基因中，CLDN9和HS3ST3A1被用于与3556个分子进行分子对接。在ADMET分析之后，三种药物被确定为潜在的抑制剂：氟桂利嗪、塔尔尼弗鲁玛特和艾曲泊帕。HS3ST3A1的分子动力学分析表明所有候选者都有克服药物耐药性的潜力，艾曲泊帕表现出特别有希望的结果。这项研究促进了我们对ALL中药物耐药性的进一步理解，并引入了新的基因供诊断筛查考虑。它还通过再利用提出了潜在的抑制剂候选者，以解决药物耐药性问题[5]。

白质高信号（WMH）已被证实与认知障碍相关，但其遗传预测因子尚不清楚。一项研究进行了一项全基因组关联研究，以识别与无痴呆老年人的WMH体积（WMHV）相关的新的遗传决定因素。从阿尔茨海默病神经影像学倡议队列中纳入了350名年龄在55-80岁之间的非西班牙裔白人受试者。使用多个线性回归在加性遗传模型下探索了WMHV与遗传多态性的关联。进一步的研究探讨了遗传变异对认知相关表型的影响。位于HS3ST3A1和MIR548H3基因附近的rs7220676与WMHV水平相关，具有全基因组显著性（P = 2.96 × 10-8）。单核苷酸多态性rs9675262（位于HS3ST3A1和MIR548H3基因附近，P = 1.15 × 10-7）、rs9820240（在DCLK3基因中，P = 2.23 × 10-7）、rs10916409（位于ISCA1P2基因附近，P = 4.55 × 10-6）和rs540422（在PICALM基因中，P = 9.68 × 10-6）被确定为与WMHV水平相关的提示位点。rs7220676的次要等位基因（C）与较低的log（WMHV）呈剂量依赖性相关。此外，rs7220676与通过简易精神状态检查评估的认知下降速度和记忆评分相关。HS3ST3A1和MIR548H3基因附近的一个新位点与WMHV水平相关，它可能参与神经退行性疾病[6]。

肾收集系统的分支尖端的肾上皮细胞中的肾上皮祖细胞（UPCs）建立了收集网络的形状和细胞组织，并通过与肾祖细胞的相互作用驱动肾生成程序。在先前的一项研究中，表达筛选确定了包括D17H6S56E-5、Hs3st3a1、Hs3st3b1和Tmem59l在内的一组UPC富集表达的基因。这些基因也富集在组装肺部的分支尖端的气道中。研究人员使用Crsp-CAS9指导的基因编辑来突变每个靶点，以解决它们在UPC程序中的作用。单突变体（D17H6S56E-5和Tmem59l）和双突变体（Hs3st3a1和Hs3st3b1）是可育的，并且显示出不同频率的输尿管重复，没有明显的肺表型。输尿管重复通过输尿管芽的多个外突在肾脏发育开始时自发发生。Tmem59l突变体和Hs3st3a1/Hs3st3b1复合突变体显示出与C57BL6/J和SW野生型小鼠品系相比，输尿管重复的弱穿透性但具有统计学意义的增加。Tmem59l和Hs3st3a1/Hs3st3b1活性有助于调节输尿管外突的发育程序。然而，观察到的表型的低穿透性阻碍了对它们具体作用的详细分析[7]。

宿主肝素硫酸盐蛋白聚糖（HSPGs）在恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）的生活周期中发挥着重要作用。越来越多的证据表明，宿主HSPGs通过其肝素硫酸盐链在恶性疟原虫的生活周期中发挥着重要作用，这表明参与肝素硫酸盐生物合成的基因的遗传变异可能影响寄生血症。有趣的是，Hs3st3a1和Hs3st3b1编码参与肝素硫酸盐生物合成的酶，位于与小鼠中Plasmodium chabaudi寄生血症相关的染色体区域。这表明HS3ST3A1和HS3ST3B1可能影响人类的恶性疟原虫寄生血症。在布基纳法索的270名个体（来自44个家系）中鉴定了HS3ST3A1和HS3ST3B1内的多态性。使用MERLIN和FBAT评估了多态性与寄生血症之间的连锁和关联。还进行了基于PGMDR方法的遗传相互作用分析。基于20个SNP的检测，发现恶性疟原虫寄生血症与包含HS3ST3A1和HS3ST3B1的染色体区域之间存在连锁。此外，PGMDR分析揭示了HS3ST3A1和HS3ST3B1之间的遗传相互作用。在多重测试校正后，确定了73个显著的多位点模型；37个显著的多位点模型包括rs28470223，而38个多位点模型包含HS3ST3B1中至少一个错义突变。HS3ST3A1和HS3ST3B1的遗传变异与恶性疟原虫寄生血症相关。这表明这些变异改变了肝素硫酸盐蛋白聚糖的功能和恶性疟原虫寄生血症[8]。

吸烟是许多呼吸系统疾病的一个重要危险因素。一项研究旨在通过生物信息学分析确定吸烟相关的人类气道上皮基因和microRNA变化。从基因表达综合数据库（GEO）下载了GSE11906、GSE22047、GSE63127的mRNA数据集和GSE14634的microRNA数据集，并使用GEO2R进行分析。使用DAVID进行了差异表达基因（DEGs）的功能富集分析。通过Cytoscape执行了蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络和差异表达miRNA（DEMs）- DEGs网络。总共确定了107个DEGs和10个DEMs。基因本体（GO）分析表明DEGs主要富集在氧化还原过程、细胞外空间和氧化还原酶活性中。京都基因和基因组百科全书（KEGG）通路显示DEGs主要富集在细胞色素P450介导的异生物质代谢和化学致癌途径中。PPI网络揭示了15个枢纽基因，包括NQO1、CYP1B1、AKR1C1、CYP1A1、AKR1C3、CEACAM5、MUCL1、B3GNT6、MUC5AC、MUC12、PTGER4、CALCA、CBR1、TXNRD1和CBR3。聚类分析表明，这些枢纽基因与腺癌原位、鳞状细胞癌、细胞分化、炎症反应、氧化DNA损伤、氧化应激反应和肿瘤坏死因子相关。Hsa-miR-627-5p可能有最多的靶基因，包括ITLN1、TIMP3、PPP4R4、SLC1A2、NOVA1、RNFT2、CLDN10、TMCC3、EPHA7、SRPX2、PPP1R16B、GRM1、HS3ST3A1、SFRP2、SLC7A11和KLHDC8A。研究人员确定了几个由吸烟引起的人类气道上皮的分子变化。这项研究可能为评估由吸烟引起的肺部疾病的风险提供一些候选基因和microRNA[9]。

牙齿形态在进化过程中发生了很大变化，包括在人类谱系中，但关于这种变异的生物学知之甚少。一项研究使用多组学分析来检查牙齿冠尺寸变异的遗传学。在一个具有混合大陆血统的人类队列中，研究人员在18个基因组区域发现了全基因组显著关联。其中一个区域包含EDAR，这是一个已知影响东亚人牙齿特征的基因。此外，研究人员发现EDAR变体增加了所有牙齿的近远中直径，并遵循一个从前到后的梯度递减的强度。在17个新的关联区域中，研究人员在独立的独立人类队列中复制了7/13，并发现4/12个同源区域影响小鼠的臼齿大小。两个关联信号指向有说服力的候选基因。一个是PITX2附近的大约61 kb，PITX2是牙齿发育的主要决定因素。另一个与HS3ST3A1重叠，HS3ST3A1是HS3ST3B1的同源物，是牙齿釉质结的因子。研究人员记录了Pitx2和Hs3st3a1在发育中小鼠门牙的釉质结和牙上皮细胞中的表达。此外，研究人员发现PITX2和HS3ST3A1中的关联SNP与这些细胞中的活性增强子重叠，表明这些SNP可能在牙齿发育期间的基因调控中发挥作用。此外，研究人员发现Pitx2和Hs3st3a1/Hs3st3b1敲除小鼠的牙齿形态发生了改变。最后，研究人员发现HS3ST3A1中的关联SNP位于从尼安德特人引入的DNA片段中，这与HS3ST3A1在人类进化过程中牙齿尺寸变异中的作用一致[10]。

综上所述，Hs3st3a1基因编码的3-O-硫酸转移酶在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括免疫调节、细胞信号传导、细胞黏附、血管生成和牙齿发育等。Hs3st3a1的异常表达和功能与多种疾病的发生和发展密切相关，包括甲状腺癌、恶性疟原虫寄生血症、先兆子痫、急性淋巴细胞白血病和神经退行性疾病等。Hs3st3a1的研究有助于深入理解肝素硫酸盐在生物学和疾病发生中的作用机制，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。