KDM2b基因與KDM2b基因敲除小鼠模型介紹

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個小鼠模型的故事，希望對大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是KDM2b基因敲除小鼠。

KDM2b基因
KDM2B（又名JHDM1B、FBXL10、NDY1）定位于細胞核內(nèi)，是組蛋白H3K4me3和H3K36me2的特異性去甲基化酶。KDM2B可以調(diào)控細胞凋亡，抑制細胞的衰老,調(diào)控造血干細胞的自我更新、神經(jīng)管的形成以及胚胎的發(fā)育，此外它還參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展。KDM2B屬于含有亮氨酸的重復(fù)結(jié)構(gòu)Fbls類。已發(fā)現(xiàn)Kdm2b存在多個選擇性剪接轉(zhuǎn)錄，因此一些轉(zhuǎn)錄本的功能仍沒被完全確定^[1]。

與KDM2b相關(guān)的疾病包括Cohen綜合征和嬰兒痙攣癥。該蛋白相關(guān)作用途徑包括染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的調(diào)控和染色質(zhì)表觀遺傳修飾。與該基因相關(guān)GO注釋的功能包括rRNA結(jié)合能力和組蛋白去甲基化酶活性。該基因的一個重要同源基因是KDM2A^[2]。

KDM2b敲除小鼠模型
1●該基因不同轉(zhuǎn)錄本缺失小鼠

產(chǎn)生不同表型：
一項研究發(fā)現(xiàn)，該基因（長轉(zhuǎn)錄本）缺失的等位基因純合小鼠出生后大腦裸露、胚胎期或出生后死亡、眼組織異常、卷尾、少精子癥、細胞凋亡增加和神經(jīng)元前體增殖增加^[3]。

之前的研究顯示，F(xiàn)BXL10（KDM2b）會表達出兩個主要的轉(zhuǎn)錄本：FBXL10-1是一種較長的轉(zhuǎn)錄本，這個轉(zhuǎn)錄本翻譯出來的蛋白在其N端會有組蛋白去甲基化酶結(jié)構(gòu)域，在C端會有F-box、CXXC、PHD、RING和亮氨酸重復(fù)結(jié)構(gòu)域；FBXL10-2是一種較短的轉(zhuǎn)錄本，轉(zhuǎn)錄起始于另一個外顯子，這個轉(zhuǎn)錄本翻譯出來的蛋白缺乏組蛋白去甲基化酶結(jié)構(gòu)域，但保留所有其他的結(jié)構(gòu)域。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)BXL10-1和FBXL10-2缺失具有明顯不同的表型。FBXL10-2缺失小鼠并不像FBXL10-1缺失小鼠那樣顯示出無腦畸形、缺損或尾巴扭曲的現(xiàn)象。相比之下，F(xiàn)BXL10-2缺失小鼠存活下來的個體具有矮小和顱面發(fā)育異常的特征，而產(chǎn)前死亡的個體則顯示顱面和神經(jīng)管發(fā)育異常（圖1）。當與FVB進行回交后，F(xiàn)BXL10∆−2/∆−2胎兒在出生時還有腭裂和眼瞼張開的現(xiàn)象（圖1）^[4]。
 

圖1. FBXL10-2等位基因純合缺失的E12.5胚胎（第一行）和E17.5胚胎（第三行）表現(xiàn)出顱面畸形�；�因缺失小鼠胎兒頭部前端可以看出明顯受壓的現(xiàn)象，還有出生時睜眼的表型（底部為黑色箭頭）。在Δ-2/Δ-2胚胎中（第二行）能觀察到一個彎曲的神經(jīng)管^[4]。

2●基因敲除小鼠的性別差異：

研究人員通過敲除FBXL10的兩種亞型，構(gòu)建FBXL10^T純合敲除小鼠模型，并使用該模型研究了不同性別之間的表型。與野生型相比，這些胚胎表現(xiàn)出更嚴重的表型和更明顯的性別差異，如圖2所示。胚胎在10.5天就停止發(fā)育，并出現(xiàn)多種嚴重發(fā)育異常，包括在 Fbxl10^{∆−2/∆−2}敲除小鼠中發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)管異常。圖2顯示了由FBXL10-1和FBXL10-2基因敲除介導(dǎo)的性別差異；我們可以觀察到，發(fā)育程度最低的雌性胚胎與發(fā)育程度最高的雄性胚胎在大致相同的階段停止發(fā)育^[4]。
 

圖2. Fbxl10^T/T胚胎的性別差異表型解剖圖。胚胎收集于胚胎期10.5天，通過Sry基因鑒定性別^[4]。

3●Fbxl10缺陷型胚胎干細胞仍保留有干性
研究人員從囊胚中分離獲得Fbxl10^T等位基因純合的ES細胞，并在培養(yǎng)基中擴增。研究人員發(fā)現(xiàn)，突變ES能表達多能性標記物NANOG和OCT4（圖3a），并且能夠嵌合在野生型胚胎中，并支持所有組織生長分化（圖3b）。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因表達的分析進一步證明Fbxl10^T/TES細胞具有未分化的ES細胞的特征，F(xiàn)bxl10^T/T細胞表達未分化ES細胞和配子發(fā)生特定階段的生殖細胞中特有的Dnmt3a（Dnmt3A2）和Dnmt3L。除此之外，Dnmt1和Dnmt3B在野生型ES和在Fbxl10^T/TES中的表達水平也非常相似。
 

圖3. Fbxl10^T/T胚胎干細胞保留有多能性和胚胎干細胞特征。（a） 多能性標記物NANOG（左上）和OCT4（左下）的表達。（b） 注射到WT囊胚后，突變ES細胞對E9.5胚胎所有組織的發(fā)育提供了支持，表現(xiàn)出了突變ES細胞的多能性。（c） DNA甲基轉(zhuǎn)移酶表達譜分析。ES細胞特異性Dnmt3A2和Dnmt3L在野生型和Fbxl10^T/T ES細胞中均有表達；Dnmt3L在分化細胞中不表達。除此之外，Dnmt1和Dnmt3B在突變型和野生型ES細胞中的表達譜是一致的^[5]。

4●Fbxl10基因異常會導(dǎo)致前腦畸形
有研究發(fā)現(xiàn)Fbxl10^+/−雜合胚胎表現(xiàn)出中腦和后腦神經(jīng)管未閉合，以及前腦畸形的特征。所有前腦異常的Fbxl10^−/−小鼠在出生后不久都死于中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，除此之外，在E18.5時，小鼠還表現(xiàn)出腦出血和體型較小（圖4G和H）。此外，F(xiàn)bxl10^−/−的胚胎還表現(xiàn)出眼組織缺損和尾巴卷曲的特征（圖4F），異常率分別為40%和10%^[6]。

圖4. Fbxl1缺陷的胚胎表型。（A–H）Fbxl10^-/-和對照組不同階段的胚胎的側(cè)視圖^[6]。

A–D：胚胎期9.5天和10.5天胚胎側(cè)視圖，對照組胚胎（A和C）的神經(jīng)管已經(jīng)關(guān)閉，而突變型胚胎中的神經(jīng)皺襞仍然沒有閉合（B和D，箭頭）。

E和F：在胚胎期14.5天中，一些Fbxl10^-/-胚胎（F）的表型，包括中前腦發(fā)育異常（E）（箭頭）、眼組織缺損（黑色三角）和尾部卷曲（白色三角）。

G和H：在胚胎期18.5天，F(xiàn)bxl10^-/- 胚胎（H）比對照組胚胎（G）小，并且由于前腦出血而全身蒼白。

小結(jié)
KDM2B作為一個能調(diào)控染色質(zhì)組織結(jié)構(gòu)以及組蛋白表觀遺傳修飾的重要蛋白，研究人員對其研究也越來越深入。KDM2B對于神經(jīng)及腦的發(fā)育具有重要的作用，未來的研究可能將集中于該蛋白如何在分子層面調(diào)控模式，以及該蛋白對于染色質(zhì)組織和組蛋白修飾方面的影響。

賽業(yè)“紅鼠資源庫”涵蓋基因敲除小鼠、條件性敲除小鼠及海量突變位點小鼠品系，強大的數(shù)據(jù)庫給您更便捷的體驗，研究人員能夠在線查詢、設(shè)計和優(yōu)化基因編輯方案并比較研究數(shù)據(jù)和成果，并咨詢訂購。

參考文獻：
1. Boulard M ,  Edwards J R ,  Bestor T H . Abnormal X chromosome inactivation and sex-specific gene dysregulation after ablation of FBXL10[J]. Epigenetics & Chromatin, 2016, 9(1):1-9.

2. Boulard M ,  Edwards J R ,  Bestor T H . FBXL10 protects Polycomb-bound genes from hypermethylation[J]. Nature Genetics, 2015, 47(5):479-85.

3. Fukuda T ,  Tokunaga A ,  Sakamoto R , et al. Fbxl10/Kdm2b deficiency accelerates neural progenitor cell death and leads to exencephaly.[J]. Molecular & Cellular Neuroscience, 2011, 46(3):614-624.