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为探究 THAP1 基因功能及与疾病关系，研究人员开展关于 THAP1 对蛋白酶体功能影响的研究。结果发现 THAP1 可调控 PSMB5 表达，影响蛋白酶体功能，这为理解 THAP1 相关肌张力障碍（DYT-THAP1）发病机制提供依据。
在细胞的生命活动中，蛋白质的降解与合成维持着精妙的平衡，而这一平衡的关键环节 —— 泛素 - 蛋白酶体系统（UPS），如同细胞内的 “清洁大队”，负责清除错误折叠或不再需要的蛋白质，保障细胞的正常运转。一旦 UPS 出现故障，就像清洁工作陷入混乱，垃圾堆积，各种疾病便会乘虚而入，癌症、自身免疫疾病和神经退行性疾病等都与它的失调密切相关。
在这个 “清洁大队” 里，26S 蛋白酶体是核心成员，它由多个亚基组成，像一台精密的分子机器，其中 PSMB5、PSMB6 和 PSMB7 作为催化亚基，各自发挥着独特的 “切割” 作用，将蛋白质分解成小片段。然而，对于蛋白酶体亚基的表达调控机制，尤其是在哺乳动物细胞中，科学家们还知之甚少，就像探索一座神秘的城堡，大门尚未完全打开。
为了揭开这层神秘的面纱，来自剑桥大学（University of Cambridge）的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于 THAP1 基因，这个基因此前就备受关注，它编码的转录因子在细胞的多种活动中扮演重要角色，但其具体的靶基因和作用机制却模糊不清，而且它的突变还与一种早期发作的神经疾病 —— 肌张力障碍（DYT-THAP1）紧密相连，可其中的因果关系依旧成谜。
研究人员通过一系列实验，取得了令人瞩目的成果。他们发现，THAP1 基因与 PSMB5 之间存在着至关重要的联系。THAP1 能够结合到 PSMB5 启动子的特定区域，就像一把钥匙插入对应的锁孔，启动 PSMB5 的表达。当 THAP1 缺失时，PSMB5 的转录水平大幅下降，导致 PSMB5 蛋白不足，进而影响蛋白酶体的正常组装和功能。这一系列连锁反应就像多米诺骨牌一样，最终导致细胞死亡。而且，研究人员还发现，外源性表达 PSMB5 可以挽救因 THAP1 缺失导致的细胞死亡，这就像是给生病的细胞注入了一剂 “强心针”。
进一步研究中，研究人员利用 RNA 测序（RNA-seq）技术，全面分析了 THAP1 基因敲除后细胞转录组的变化，成功鉴定出 THAP1 的转录靶基因。同时，他们还运用深度突变扫描技术，对 THAP1 的数千个单氨基酸突变体进行功能评估，清晰地描绘出 THAP1 突变与功能之间的关系，为临床中评估 THAP1 突变的致病性提供了有力依据。
这些研究成果意义非凡，它们不仅揭示了 THAP1 在调控蛋白酶体功能中的关键作用，还为理解 THAP1 相关肌张力障碍的发病机制提供了全新的视角，暗示异常的蛋白质稳态可能是这类疾病的潜在病因，为未来开发针对性的治疗策略奠定了坚实基础。该研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了 CRISPR/Cas9 基因编辑技术，通过构建相关载体对细胞内基因进行敲除或修饰；RNA 测序（RNA-seq）技术，用于分析基因表达谱的变化；深度突变扫描技术，系统评估 THAP1 突变体的功能。实验样本主要来源于多种人类细胞系，如 HEK-293T、HeLa、A549 和 THP-1 细胞等。
研究结果
- THAP1 与 PSMB5、PSMB6 的共本质关系：利用 DepMap 项目的共本质数据，研究发现 THAP1 与 PSMB5、PSMB6 存在显著的正相关共本质关系，这表明 THAP1 可能在调控蛋白酶体催化亚基的表达中发挥重要作用。
- THAP1 缺失对 PSMB5 转录的影响：通过在 HEK-293T 细胞中进行 CRISPR/Cas9 敲除实验，发现 THAP1 缺失会导致 PSMB5 转录水平显著降低，而 PSMB6 和 PSMB7 的表达不受影响，说明 THAP1 是维持 PSMB5 基础转录水平所必需的。
- 外源性 PSMB5 对 THAP1 缺失细胞的挽救作用：实验表明，外源性表达 PSMB5 能够挽救因 THAP1 缺失导致的细胞死亡，而表达 PSMB6 则无法起到同样的效果，证实了 THAP1 缺失导致的细胞毒性是由于 PSMB5 表达不足引起的。
- 荧光报告基因监测 THAP1 活性：在 PSMB5 基因座敲入荧光报告基因，构建了可实时监测 PSMB5 表达的细胞系。利用该细胞系发现 THAP1 敲除会降低 PSMB5 表达，验证了 THAP1 对 PSMB5 表达的调控作用。
- THAP1 对 PSMB5 表达的调控机制：染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）数据显示，THAP1 结合在 PSMB5 启动子的特定区域。通过构建报告基因系统，发现 THAP1 通过结合 PSMB5 启动子中的 THABS2 基序激活其转录。
- THAP1 缺失对蛋白酶体功能的影响：PSMB5 是蛋白酶体的关键催化亚基，THAP1 缺失导致 PSMB5 不足，进而影响蛋白酶体的组装和功能。实验发现，THAP1 缺失细胞中蛋白酶体成熟形式的 PSMB6 和 PSMB7 减少，积累了未切割的前体蛋白，并且稳定了短寿命蛋白，如 HIF-1α。
- THAP1 转录靶基因的鉴定：利用 RNA-seq 分析 THAP1 敲除细胞的转录组变化，鉴定出 277 个差异表达基因，其中 42 个基因的启动子区域存在 THAP1 结合位点，这些基因是 THAP1 的直接转录靶基因。
- THAP1 突变的功能分析：通过深度突变扫描技术，对 THAP1 的单氨基酸突变体进行功能评估，发现大多数临床鉴定的 THAP1 突变会损害其激活 PSMB5 表达的能力，为临床突变的功能分类提供了依据。
研究结论与讨论
研究表明，THAP1 是蛋白酶体功能的关键调节因子，它通过调控 PSMB5 的表达维持蛋白酶体的正常功能。THAP1 的缺失会导致 PSMB5 表达不足，引发蛋白酶体功能障碍和细胞死亡。此外，研究还鉴定了 THAP1 的转录靶基因，描绘了 THAP1 突变的功能景观，为理解 THAP1 相关肌张力障碍的发病机制提供了重要线索。然而，THAP1 调节基因表达的具体机制仍有待进一步研究，例如它招募的辅助因子以及与其他转录因子的相互作用等。未来的研究可以基于这些发现，深入探索 THAP1 在神经疾病中的作用，为开发新的治疗方法提供理论支持。
