Dph1-KO 基因敲除小鼠

Dph1，也称为Diphthamide biosynthesis protein 1，是参与真核生物翻译延长因子2（eEF2）上二氢噻唑酰胺（diphthamide）合成的关键蛋白质。eEF2是一种重要的核糖体蛋白，diphthamide是其翻译后修饰的组氨酸残基，对促进蛋白质链在核糖体中的延长至关重要。DPH1在diphthamide生物合成的第一步中发挥生化作用，与DPH5等其他蛋白质协同作用，形成eEF2上的diphthamide修饰。DPH1的缺陷会导致eEF2的diphthamide修饰不足，从而影响蛋白质合成，导致生长缺陷、胚胎死亡和细胞死亡。在人类中，DPH1突变会导致发育迟缓、身材矮小、面容异常和毛发稀疏等表型，这些表型以常染色体隐性方式遗传。DPH1的突变与卵巢癌的发生发展有关，DPH1也被称为卵巢癌相关基因1（OVCA1）[9]。

DPH1的功能与二氢噻唑酰胺的生物合成密切相关。DPH1与DPH2形成一个二聚体，使用铁硫簇（FeS）切割辅因子S-腺苷甲硫氨酸（SAM）以形成3-氨基-3-羧基丙基（ACP）自由基，用于在eEF2上合成diphthamide。通过研究酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中的DPH1和DPH2，研究人员预测了靠近FeS簇结构域的SAM结合位点，该位点在真核生物的DPH1中保守，但在DPH2中不保守。通过定点突变和功能分析，发现SAM结合位点对于在活细胞中合成EF2上的diphthamide修饰至关重要[1]。结构建模表明，靠近SAM的甲硫氨酸部分的特定残基对于SAM的裂解和ACP自由基的形成至关重要，这些残基有助于形成特定的几何结构，从而区分DPH1•DPH2与其他经典的自由基SAM酶，后者生成典型的5'-脱氧腺苷（dAdo）自由基[1]。

DPH1突变与神经遗传性疾病的发生有关。通过全外显子测序，研究人员在多个神经遗传性疾病家族中发现了DPH1突变，这些家族中已知的疾病基因已被排除。这些研究为理解神经遗传性疾病的遗传基础提供了新的见解[2]。DPH1突变也与3C综合征样表型有关，包括智力障碍、身材矮小、颅面异常和毛发稀疏等[7]。此外，DPH1突变还与Sensenbrenner综合征样表型有关，包括智力障碍、身材矮小、颅面异常和毛发稀疏等[7]。

DPH1在肝细胞癌（HCC）的发生发展中发挥重要作用。通过数据挖掘TCGA-LIHC数据集，发现DPH1水平降低与HCC患者的晚期阶段和较差的生存率相关。在Dph1缺陷的小鼠中，diphthamide缺乏的eEF2导致肝细胞中的翻译延伸速率降低，并导致轻度肝脏损伤和脂肪积累。在N-二乙基亚硝胺（DEN）诱导的急性肝损伤后，Dph1缺陷小鼠中的p53介导的中央肝细胞死亡增加，补偿性增殖减少。DPH1缺陷降低了DEN诱导的中央肝细胞来源的HCC的发生率，并揭示了p53丢失的保护作用。然而，Dph1缺陷与Trp53或Trp53/Pten缺陷的肝细胞结合导致肿瘤负荷增加，与KRT19（K19）阳性门脉样细胞扩张有关。此外，来自6个月大Pten/Trp53/Dph1三突变小鼠的肝脏肿瘤类器官表现出更高的类器官再起始细胞频率和增殖指数，与Pten/Trp53双突变相比。Pten/Trp53/Dph1三突变肝脏肿瘤类器官表达与干细胞/祖细胞表型相关的基因，包括Krt19和Prominin-1（Cd133）祖细胞标记物，以及低表达的肝细胞表达的纤维蛋白原基因。这些发现表明，diphthamide缺乏在不同情况下调节肝细胞癌的发生，抑制中央肝细胞来源的肿瘤，并促进门脉祖细胞相关的肝脏肿瘤[3]。

DPH1的缺乏与神经嵴（NC）缺陷的发生有关。在DPH1和eEF2的二氢噻唑酰胺修饰受损的患者中，观察到NC衍生的组织中有多个缺陷。在携带患者突变的敲入小鼠和Dph1耗竭的非洲爪蟾胚胎中也观察到NC缺陷，这可以归因于神经上皮中增殖的减少。DPH1的耗竭促进了eEF2与p53的结合，以促进细胞周期抑制剂p21的转录，导致增殖抑制。敲除一个p21等位基因挽救了携带患者突变的敲入小鼠中的NC表型。这些发现揭示了eEF2作为p53的转录共激活因子，以诱导p21表达和NC缺陷，并受到二氢噻唑酰胺修饰的调节[4]。

DPH1的突变还与独特的临床特征相关，包括气道阻塞和外部生殖器异常。在非近亲家庭中，通过WES鉴定了DPH1中的新型复合杂合突变，包括c.289delG和c.491T>C，与智力障碍、身材矮小、颅面异常和外部生殖器异常相关。这些发现进一步证实了DPH1突变与发育迟缓、身材矮小、颅面和表胚层异常相关，尽管外部生殖器异常是新发现的[5]。

DPH1的突变与双相情感障碍（BD）的风险增加有关。通过精细定位全基因组关联研究确定的BD风险位点，研究人员确定了17个可能致病的SNPs，并将这些SNPs映射到基因上。整合变异注释、脑细胞类型表观基因组注释、脑定量性状位点以及BD中罕见变异外显子测序的结果，支持了参与神经传递和神经发育的基因在BD中的作用，包括DPH1。这些发现为理解BD的生物学机制和开发新的治疗策略提供了有价值的线索[6]。

DPH1的突变与卵巢癌的发生发展有关。DPH1的异种突变小鼠在出生时死亡，表现出发育延迟和细胞自主增殖缺陷。DPH1的杂合突变小鼠有肿瘤倾向，但很少发展为卵巢肿瘤。DPH1似乎与酵母中的DPH2同源，参与在翻译延长因子2（EF-2）上修饰组氨酸的二氢噻唑酰胺的生物合成的第一步。酵母dph2突变体对二氢噻唑酰胺的ADP核糖基化具有抗性，这是白喉毒素（DT）催化EF-2在二氢噻唑酰胺上的ADP核糖基化的目标。因此，有越来越多的证据表明蛋白质翻译的改变与肿瘤发生有关[9]。

DPH1的变异与二氢噻唑酰胺缺乏症的发生有关。二氢噻唑酰胺缺乏症是一种常染色体隐性遗传疾病，表现为智力障碍和发育异常、癫痫发作、颅面和额外形态表型。它是由合成人类翻译延长因子2上二氢噻唑酰胺的蛋白质活性降低引起的。二氢噻唑酰胺的合成需要七个蛋白质（DPH1-DPH7），其中DPH1、DPH2和DPH5的临床缺乏已有描述。通过对已知和未描述的DPH1和DPH2错义等位基因的实验评估，发现六个变异是可容忍的，尽管它们在不同物种中保守。十个额外的DPH1（G113R、A114T、H132P、H132R、S136R、C137F、L138P、Y152C、S221P、H240R）和两个DPH2（H105P、C341Y）变异表现出功能降低，因此是缺乏症易感等位基因。一些变异位于活性酶中心附近，可能影响催化，而其他变异可能影响酶的激活。总的来说，这项研究确定了DPH1和DPH2基因的功能受损等位基因，这些等位基因可能导致二氢噻唑酰胺缺乏症[8]。

DPH1在diphthamide的生物合成中发挥重要作用，其突变与多种疾病的发生发展有关，包括神经遗传性疾病、肝细胞癌、双相情感障碍和卵巢癌。DPH1的突变还与独特的临床特征相关，包括气道阻塞和外部生殖器异常。DPH1的研究有助于深入理解二氢噻唑酰胺的生物合成和蛋白质合成的调控机制，为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。