叉头框蛋白 A1; FOXA1
肝细胞核因子3-α；HNF3A
HGNC 批准的基因符号：FOXA1
细胞遗传学定位：14q21.1 基因组坐标（GRCh38）：14:37,589,552-37,595,249（来自 NCBI）
▼ 说明
肝细胞核因子（参见 HNF1A, 142410）是肝脏特异性转录物（如白蛋白和运甲状腺素蛋白）的转录激活因子。HNF3家族包括HNF3A、HNF3B（600288）和HNF3G（602295），是叉头类DNA结合蛋白的成员（Kaestner et al., 1994）。
▼ 克隆与表达
Kaestner et al.（1994）克隆了小鼠Hnf3a、Hnf3b和Hnf3g基因。这些基因分别编码468、459和354个氨基酸的多肽。Hnf3a和Hnf3b均在内胚层来源的组织中表达，即胃、肠、肝和肺，而Hnf3g表达更广泛，还存在于卵巢、睾丸、心脏和脂肪组织中，但在肺中缺失。
Bingle 和 Gowan（1996）使用大鼠 HNF3A 和 HNF3B 特异性探针从腺癌细胞系 cDNA 文库中克隆了人 HNF3A cDNA。预测的 473 个氨基酸的人类蛋白与大鼠 HNF3A 具有 82% 的一致性。在 Northern 印迹中，HNF3A 表达为大约 3 kb 的 mRNA。
▼ 基因功能
转录因子Hnf3a和Gata4（600576）是已知最早结合小鼠胚胎肝脏前体细胞中白蛋白基因增强子的转录因子。为了确定它们如何访问沉默染色质中的位点，Cirillo 等人（2002）组装了包含白蛋白增强子序列的核小体阵列，并用连接组蛋白将它们压缩。Hnf3a 和 Gata4，但不是人 NF1（见 600727）、小鼠 Cebp-β（189965）或酵母 GAL4-AH，将其位点结合在压缩染色质中，并在缺乏 ATP 依赖性酶的情况下打开局部核小体结构域。作者表明，Hnf3a 打开染色质的能力是由高亲和力 DNA 结合位点和结合组蛋白 H3 和 H4 的蛋白质 C 末端结构域介导的。他们得出的结论是，在发育过程中增强转录的因子本质上能够启动染色质打开事件。
在许多类型的人类恶性肿瘤中都观察到基因组扩增，并且是在肿瘤发生中激活显性作用癌基因的机制之一。Lin等人（2002）在食管腺癌中鉴定出3个扩增的限制性片段。这些片段被克隆、测序并定位到染色体 14q13。Lin等人（2002）报道食管肿瘤中14q13扩增的频率为6.7%，并且在1个肿瘤中扩增子跨度超过6Mb，但在所有其余扩增肿瘤中包含在小于0.3Mb的区域中。在检查的 5 个过表达肺肿瘤中，有 2 个检测到 HNF3A 基因扩增。HNF3A 在食管和肺肿瘤中的扩增表明该基因在肿瘤发生中具有潜在的致癌作用。
Lee et al.（2005）表明，Foxa1 和 Foxa2（600288）对于小鼠肝脏特化是必需的。在前肠内胚层这两种基因均缺失的胚胎中，没有明显的肝芽，并且表达肝母细胞标记物甲胎蛋白（AFP；104150）丢失了。此外，Foxa1/Foxa2缺陷型内胚层在外源成纤维细胞生长因子-2（FGF2；FGF2；134920）未能启动肝脏标志物白蛋白和运甲状腺素蛋白（176300）的表达。因此，Lee et al.（2005）得出结论，Foxa1 和 Foxa2 是前肠内胚层能力的建立和肝发生的开始所必需的。
Laganiere et al.（2005）通过全基因组分析，鉴定出153个与雌激素受体-α结合的启动子（ESR1；133430）在雌二醇存在下的乳腺癌（参见114480）细胞系MCF-7中。其中之一是 FOXA1 的启动子，其表达与乳腺肿瘤中的 ESR1 表达相关。在MCF-7细胞中用小干扰RNA敲低FOXA1可抑制ESR1与原型TFF1（113710）启动子（包含FOXA1结合位点）的结合，阻碍雌二醇诱导TFF1表达，并阻止激素诱导的细胞周期再进入。
在线虫中，转录因子 PHA4 在前肠胚胎发育中起着重要作用，并且与编码哺乳动物 Foxa 转录因子家族 Foxa1、Foxa2 和 Foxa3（602295）的基因直系同源。Foxa 家族成员在发育过程中发挥着重要作用，但也在以后的生命中发挥作用，调节胰高血糖素的产生和葡萄糖稳态，特别是对禁食的反应。Panowski et al.（2007）描述了在线虫中新发现的、成人特异性的 PHA4 调节饮食限制介导的长寿的功能。PHA4 在寿命决定中的作用是饮食限制所特有的，因为调节衰老的其他遗传途径导致的寿命延长并不需要它。
Lupien 等人（2008）使用 LNCaP 前列腺癌细胞和 MCF-7 细胞的全基因组位置分析表明，FOXA1 的细胞类型特异性功能主要依赖于 FOXA1 向染色质的差异招募，主要在远处增强子而不是近端启动子处。这种差异性募集导致染色质结构的细胞类型特异性变化以及与谱系特异性转录因子的功能协作。FOXA1 与染色质位点的差异结合取决于 H3 lys4 二甲基化的分布。
Gau et al.（2008）发现Foxa1和Foxa2在小鼠Pdx1基因（IPF1; 600733）基因，这是胰腺发育所必需的。小鼠胰腺原基中 Foxa1 和 Foxa2 的复合条件消融导致 Pdx1 表达完全丧失、严重胰腺发育不全、腺泡和胰岛发育破坏、高血糖以及出生后不久死亡。Foxa1 和 Foxa2 主要占据 Pdx1 基因转录起始位点上游 6 kb 处的远端增强子，并且它们对近端 Pdx1 增强子的占据受到发育调节。Gau et al.（2008）得出结论，FOXA1和FOXA2对PDX1的调节是控制胰腺原基扩张和分化的关键早期事件。
Hurtado等人（2011）利用乳腺癌和其他癌细胞系表明FOXA1介导雌激素受体（ER）结合和功能。几乎所有 ER-染色质相互作用和基因表达变化都依赖于 FOXA1，而 FOXA1 影响全基因组染色质可及性。FOXA1 也是他莫昔芬对 ER 的抑制活性所必需的。
N-酰基乙醇胺（NAE）是脂质衍生的信号分子，其中包括哺乳动物内源性大麻素花生四烯酰乙醇酰胺。鉴于其参与调节营养摄入和能量平衡，内源性大麻素系统是代谢信号的绝佳候选者，可以协调机体对饮食限制的反应，并在营养有限时维持体内平衡。Lucanic et al.（2011）在线虫中发现了 NAE，并表明 NAE 丰度在饮食限制下减少，并且 NAE 缺乏足以通过需要 PHA4 的饮食限制机制来延长寿命。相反，膳食补充线虫 NAE 二十碳五烯酰乙醇酰胺不仅抑制饮食限制诱导的野生型线虫寿命延长，而且还抑制 TOR（参见 601231）途径突变体的寿命延长。Lucanic 等人（2011）得出的结论是，他们的研究证明了 NAE 信号在衰老中的作用，并表明 NAE 代表了一种协调营养状态与最终决定寿命的代谢变化的信号。
Wang et al.（2011）提出的证据表明细胞谱系特异性因子，例如FoxA1，可以同时促进和限制关键的调节转录因子，例如雄激素受体（AR；AR；AR）。313700），作用于结构和功能上不同类别的增强子。因此，FoxA1 下调（某些晚期前列腺肿瘤中的不利预后标志）会导致 AR 与一组不同的预先建立的增强子结合发生巨大转变，从而引发激素反应的戏剧性重新编程。这些增强子是有功能的，基于全局核连续测序（GRO-seq）分析，增强子模板化的非编码RNA（被Wang等人称为eRNA，2011）的产生证明了这一点，具有明显不需要核小体的独特类别重塑以诱导特定的增强子-启动子循环和基因激活。GRO-seq 数据还表明配体 AR 诱导转录起始和延伸。Wang et al.（2011）得出的结论是，他们的发现揭示了一个大型的活性增强子库，可以动态调整以引发替代基因表达程序，这可能是发育、细胞分化和疾病进展中许多连续基因表达事件的基础。
Gau et al.（2020）利用染色质免疫沉淀测序分析表明LSD1（KDM1A; 609132）与人前列腺癌细胞中的FOXA1和活性增强子标记相互作用，并且LSD1抑制破坏了FOXA1染色质的整体结合。LSD1 通过使 FOXA1 的 K270 去甲基化来正向调节 FOXA1 染色质结合。通过这种机制，LSD1 维持增强子对 AR 的可及性并调节 AR 染色质结合和转录输出。Lsd1 抑制剂通过阻断 Foxa1 K270 去甲基化来抑制去势小鼠的异种移植肿瘤生长。进一步分析表明，Lsd1抑制剂抑制肿瘤的功效与Foxa1的表达水平相关，并且Lsd1抑制剂与Ar拮抗剂治疗具有协同作用。
▼ 测绘
Mincheva et al.（1997）利用荧光原位杂交将HNF3A定位到人类染色体14q12-q13。该染色体区域包含一簇叉头结构域转录因子，包括FKHL1（164874）和FKHL2。Avraham等人（1992）通过对种间回交小鼠RFLP的分析，将小鼠Hnf3-α基因定位到染色体12。
▼ 分子遗传学
Cowper-Sal-lari等人（2012）采用顺反组学、表观基因组学和基因型插补相结合的新方法，注释了乳腺癌（见114480）细胞基因组的非编码区域，并系统地鉴定了与乳腺癌相关的SNP的功能性质。乳腺癌风险。他们的结果表明，乳腺癌风险相关的 SNP 以癌症和细胞类型特异性的方式富集在 FOXA1 和 ESR1（133430）的顺反子以及组蛋白 H3 赖氨酸 4 单甲基化的表观基因组（H3K4me1）中。此外，大多数与风险相关的SNP在远端调控元件上调节染色质对FOXA1的亲和力，从而导致等位基因特异性基因表达，这可以通过TOX3基因（611416）中rs4784227 SNP的作用来证明。 16q12.1 风险位点。
Barbieri等人（2012）对112个前列腺肿瘤（见176807）和正常组织对的外显子组进行了测序。在多个基因中发现了新的复发突变，包括MED12（300188）和FOXA1。SPOP（602650）是最常见的突变基因，在多个孤立队列中，6%至15%的肿瘤中存在涉及SPOP底物结合裂口的突变。具有突变SPOP的前列腺肿瘤缺乏ETS家族（见164720）基因重排，并表现出独特的基因组改变模式。Barbieri et al.（2012）得出结论，SPOP突变可能定义了前列腺癌的一种新的分子亚型。
Adams et al.（2019）注释了 3,086 例人类前列腺癌的 FOXA1 突变情况，并定义了叉头结构域中的 2 个热点：Wing2 区域（约占所有突变的 50%）和高度保守的 DNA 接触残基 R219（约 5 个）所有突变的%）。Wing2 突变在所有阶段的腺癌中均检测到，而 R219 突变在具有神经内分泌组织学的转移性肿瘤中丰富。对野生型 FOXA1 和 14 个 FOXA1 突变体的生物学特性的研究揭示了小鼠前列腺类器官增殖测定中的功能获得。其中 12 个突变体以及野生型 FOXA1 促进了过度的管腔分化程序，而 2 个不同的 R219 突变体则阻断了管腔分化并激活了间充质和神经内分泌转录程序。使用野生型 FOXA1 和代表性 Wing2 和 R219 突变体的测序（ATAC-seq）对转座酶可及的染色质进行分析，揭示了数千个基因组位点和 FOXA1 结合暴露位点开放染色质的显着突变特异性变化以及相关的基因表达增加。值得注意的是，表达 R219 突变体的细胞中的 ATAC-seq 峰缺乏典型的核心 FOXA1 结合基序（GTAAAC/T），但富集了相关的非典型基序（GTAAAG/A），该基序在 R219 突变体中优先被 R219 突变体 FOXA1 激活。记者分析。Adams et al.（2019）得出结论，FOXA1突变改变了其先锋功能并扰乱了正常的管腔上皮分化程序，为谱系可塑性在癌症进展中的作用提供了进一步的支持。
Parolia 等人（2019）汇总了 1,546 例前列腺癌的队列，结果表明 FOXA1 改变分为 3 个结构类别，它们在临床发病率和遗传关联谱上有所不同，总体患病率为 35%。1 类激活突变起源于早期前列腺癌，ETS 或 SPOP 没有改变，选择性地在 DNA 结合叉头结构域的 wing2 区域内重复，增强了染色质的流动性和结合频率，并强烈反式激活了前列腺肿瘤发生的管腔 AR 程序。相比之下，转移性前列腺癌中获得了2类激活突变，截断了FOXA1的C端结构域，通过增加DNA亲和力实现显性染色质结合，并通过TLE3（600190）失活，促进了WNT通路驱动的转移。最后，3类基因组重排在转移性前列腺癌中丰富，包括FOXA1基因座内的重复和易位，并在结构上重新定位保守的调控元件，本文表示为FOXA1主谋（FOXMIND），以驱动FOXA1或其他癌基因的过度表达。Parolia等人（2019）的结论是，他们的研究重申了FOXA1在介导雄激素受体驱动的肿瘤发生中的核心作用，并为FOXA1改变的类别如何促进前列腺癌的发生和/或转移进展提供了机制见解。
▼ 动物模型
Li等人（2009）利用条件敲除模型在小鼠胚胎中进行初始肝脏特化后消除肝脏中的Foxa1和Foxa2，发现Foxa1和Foxa2是肝脏发育后期胆管形成所必需的。在缺乏 Foxa1 和 Foxa2（600288）的情况下，胚胎肝脏表现出胆管树的增生，这至少部分归因于 Il6（147620）表达的激活，这是胆管细胞的增殖信号。
Sekiya and Suzuki（2011）筛选了12个候选因子的作用，确定了2种转录因子的3种特定组合，包括Hnf4-α（600281）加上Foxa1、Foxa2或Foxa3（602295），可以将胚胎和成体成纤维细胞转化在体外将其转化为与肝细胞非常相似的细胞。诱导的肝细胞样（iHep）细胞具有多种肝细胞特异性特征，移植后可重建受损的肝组织。
Li et al.（2012）指出肝细胞癌（HCC；114550）在啮齿动物和人类中都存在性别二态性，由于性激素的差异，男性的发病率明显更高。他们发现，二乙基亚硝胺会在肝脏特异性删除 Foxa1 和 Foxa2 的雄性和雌性小鼠中诱发肝癌。在正常雌性或雄性小鼠的肝癌发生过程中，Foxa1 和 Foxa2 以及 Esr1 或 Ar 对靶基因的共调节分别增加，但在 Foxa1/Foxa2 缺陷小鼠中消失。Li等（2012）得出结论，雌激素依赖性抵抗和雄激素介导的HCC促进均依赖于FOXA1和FOXA2。
