J Biomed Sci：FOXF1 错义突变与肺泡毛细血管发育不良和肺静脉错位相关的分子后果

背景 肺静脉错位性肺泡毛细血管发育不良（ACD/MPV）是一种致命的先天性肺部疾病，与叉头框F1（FOXF1）基因及其调控区域的基因组变异密切相关。然而，关于FOXF1基因组变异如何导致ACD/MPV以及这些突变影响哪些分子机制，目前知之甚少。因此，研究了ACD/MPV患者特异的FOXF1基因突变对FOXF1分子功能的影响。

ACD/MPV是一种罕见的遗传性疾病，主要表现为肺泡结构发育异常和肺静脉错位。这种疾病通常在新生儿期出现，表现为呼吸困难和发绀。由于肺泡毛细血管发育不良，导致氧气交换不足，进而引发严重的呼吸衰竭。ACD/MPV的发病率较低，但死亡率极高，给患者和家庭带来了巨大的负担。

FOXF1基因是ACD/MPV的关键基因，其编码的FOXF1蛋白在肺泡发育和血管形成中起着重要作用。FOXF1蛋白属于叉头框转录因子家族，具有DNA结合域和转录激活域。FOXF1基因的突变可能导致FOXF1蛋白的结构和功能异常，进而影响肺泡发育和血管形成，最终导致ACD/MPV的发生。

方法 为了研究ACD/MPV患者特异的FOXF1基因突变对FOXF1分子功能的影响，我们采用了多种实验方法。首先，我们将包含ACD/MPV相关突变之一的FOXF1构建体进行抗原表位标记，并在哺乳动物细胞系中表达。通过这种方法，我们可以观察FOXF1突变对蛋白质功能的影响。

接下来，我们进行了电泳迁移率分析（EMSA）结合试验和荧光素酶试验，以研究FOXF1突变对目标基因结合和激活的影响。EMSA结合试验可以检测FOXF1蛋白与特定DNA序列的结合能力，而荧光素酶试验可以评估FOXF1蛋白对目标基因的转录激活能力。

此外，我们还进行了免疫沉淀后进行SDS-PAGE和蛋白质印迹分析，以研究蛋白质-蛋白质相互作用。通过这种方法，我们可以观察FOXF1蛋白与其他蛋白质的相互作用，从而了解其在细胞内的功能。

最后，我们使用磷酸化标记蛋白质印迹分析来研究蛋白质磷酸化。蛋白质磷酸化是细胞内信号传导的重要机制，通过磷酸化修饰，蛋白质的功能和活性可以发生改变。通过研究FOXF1蛋白的磷酸化状态，我们可以了解其在细胞内的活性调节机制。

结果显示，通过上述实验方法，我们得到了一些重要的发现。首先，ACD/MPV相关FOXF1突变定位的概述显示，G91-S101区域频繁发生突变。这一发现提示我们，G91-S101区域可能是FOXF1蛋白的关键功能区域。

进一步的研究表明，G91-S101区域由一个α-螺旋组成，并预测对DNA结合至关重要。通过构建FOXF1的叉头DNA结合域的三维模型，我们发现G91-S101区域的α-螺旋结构对于FOXF1蛋白与DNA的结合至关重要。

我们进一步研究了该区域内的FOXF1错义突变对FOXF1蛋白的DNA结合能力的影响。结果表明，这些错义突变不同地影响了FOXF1蛋白的DNA结合能力，并根据突变位置影响目标基因的转录调控。这表明，FOXF1蛋白的DNA结合能力对于其转录调控功能至关重要。

此外，我们还发现其中一些突变可以影响FOXF1蛋白的转录后水平，如通过MST1和MST2激酶的磷酸化改变所显示。这表明，FOXF1蛋白的磷酸化状态对于其转录后调控功能也具有重要影响。

总之，FOXF1基因编码区内的错义突变在多个层面上改变了FOXF1蛋白的分子功能，如磷酸化、DNA结合和目标基因激活。这些结果表明，ACD/MPV患者携带的DNA结合域内的错义突变可能不同地影响FOXF1分子途径，并可能解释ACD/MPV的表型异质性。ACD/MPV是一种复杂的遗传性疾病，其发病机制涉及多个分子途径。FOXF1基因的突变可能导致FOXF1蛋白的结构和功能异常，进而影响肺泡发育和血管形成，最终导致ACD/MPV的发生。通过深入研究FOXF1基因的突变和功能，我们可以更好地理解ACD/MPV的发病机制，并为开发有效的治疗方法提供新的思路。

原始出处：

Edel GG, van Kempen M, Munck AB, Huisman CN, Naalden CAP, Brouwer RWW, Koornneef S, van IJcken WFJ, Wijnen RMH, Rottier RJ. The molecular consequences of FOXF1 missense mutations associated with alveolar capillary dysplasia with misalignment of pulmonary veins. J Biomed Sci. 2024 Nov 4;31(1):100. doi: 10.1186/s12929-024-01088-5. PMID: 39497128; PMCID: PMC11536904.