Введение

Ген пары 3 Ген PAX3 (парированный ген 3) кодирует член пары или семейства факторов транскрипции PAX. Семейство PAX состоит из девяти членов человека (PAX1 PAX9) и девяти членов мыши (Pax1 Pax9), которые подразделяются на четыре подсемейства. PAX3 человека и Pax3 мыши присутствуют в подсемействе вместе с высокогомологичными генами PAX7 человека и Pax7 мыши. Ген PAX3 человека расположен в хромосомной области 2q36.1 и содержит 10 экзонов в области 100 кб.

Сплицирование транскриптов

Альтернативное сцепление и обработка генерируют множество изоформ PAX3, которые были обнаружены на уровне мРНК. PAX3e является самой длинной изоформой и состоит из 10 экзонов, которые кодируют 505 аминокислотных белков. У других видов млекопитающих, включая мышей, самые длинные мРНК соответствуют человеческим изоформам PAX3c и PAX3d, которые состоят из первых 8 или 9 экзонов гена PAX3, соответственно. К более коротким изоформам PAX3 относятся мРНК, которые пропускают эксон 8 (PAX3g и PAX3h), и мРНК, содержащие 4 или 5 экзонов (PAX3a и PAX3b). В ограниченных исследованиях, сравнивающих экспрессию изоформ, PAX3d экспрессируется на самых высоких уровнях. С функциональной точки зрения, PAX3c, PAX3d и PAX3h стимулируют такие процессы, как рост клеток, тогда как PAX3e и PAX3g ингибируют эти процессы, а PAX3a и PAX3b не проявляют активности или ингибируют эти показатели. Общий альтернативный сплис, влияющий на мРНК PAX3, включает в себя последовательность CAG на 5 конце экзона 3. Этот сцепление включает или исключает эти три основания, в результате чего в парном коробке присутствует или отсутствует остаток глутамина. Ограниченные исследования секвенирования полной длины человеческой сДНК выявили это событие сплайсинга как вариант изоформы PAX3d, и эта сплайсированная изоформа была отдельно названа изоформой PAX3i. Изоформы Q+ и Q- PAX3 обычно соэкспрессируются в клетках. На функциональном уровне изоформа Q+ проявляет аналогичную или меньшую связывание ДНК и транскрипционную активацию, чем изоформа Q−.

Выражение во время развития

Во время развития одной из основных линий, экспрессирующих Pax3, является линия скелетных мышц. Экспрессия Pax3 впервые наблюдается в предсомитской параксиальной мезодерме, а затем в конечном итоге ограничивается дермомиотомом, который образуется из спинной области сомитов. Для формирования скелетной мышцы в центральных сегментах тела клетки, экспрессирующие PAX3, отделяются от дермомиотома, а затем экспрессия Pax3 отключается, когда активируется экспрессия Myf5 и MyoD1. Для формирования других скелетных мышц клетки, экспрессирующие Pax3, отделяются от дермомиотома и мигрируют в более отдаленные участки, такие как конечности и диафрагма. Подмножество этих Pax3 экспрессирующих клеток дермомиотомы также служит постоянным базером прогенерирующих клеток для роста скелетной мышцы во время развития плода. На более поздних стадиях развития миогенные прекурсоры, экспрессирующие Pax3 и/ или Pax7, образуют спутниковые клетки в скелетной мышце, которые способствуют постнатальному мышечному росту и регенерации мышц. Эти взрослые спутниковые клетки остаются в состоянии покоя до тех пор, пока не произойдет повреждение, а затем стимулируются к делению и регенерации поврежденной мышцы. Pax3 также участвует в развитии нервной системы. Экспрессия Pax3 впервые обнаруживается в спинной области нервной канавки, и по мере углубления этой нервной канавки в нервную трубку, Pax3 экспрессируется в спинной части нервной трубки. По мере увеличения нервной трубки экспрессия Pax3 локализуется в пролиферативных клетках во внутренней желудочной зоне, а затем эта экспрессия отключается, когда эти клетки мигрируют в более поверхностные области. Pax3 экспрессируется вдоль длины нервной трубки и по большей части развивающегося мозга, и эта экспрессия впоследствии отключается на более поздних стадиях развития в ростральном к хвостовому направлении. Во время раннего развития экспрессия Pax3 также происходит на боковых и задних границах нейронной пластины, которая является областью, из которой возникает нейронный гребень. Pax3 позже экспрессируется различными типами клеток и структурами, возникающими из нервной коры, такими как меланобласты, предшественники клеток Швана и ганглии спинного корня. Кроме того, экспрессирующие Pax3 клетки, полученные из нервной коры, способствуют образованию других структур, таких как внутреннее ухо, челюсть и челюсть. Pax3 контролирует расположение nasion (лицевой признак между глазами и в верхней части носа), и связано с наличием одноброя.

Мутации зародышевой линии при заболевании

Мутации зародышевой линии гена Pax3 вызывают фенотип пятнышка у мышей. На молекулярном уровне этот фенотип вызван точечными мутациями или делециями, которые изменяют или отменяют транскрипционную функцию Pax3. В гетерозиготном состоянии фенотип пятнышка характеризуется белыми пятнами на животе, хвосте и ногах. Эти белые пятна связаны с локализованными недостатками пигментных меланоцитов, возникающих в результате дефектов клеток нервной коры. В гомозиготном состоянии эти мутации Pax3 вызывают эмбриональную летальность, которая связана с выраженными дефектами закрытия нервной трубки и аномалиями структур, полученных из нервной коры, таких как меланоциты, ганглии спинного корня и ганглии кишечника. Деформации сердца также являются результатом потери клеток сердечного нервного гребня, которые обычно способствуют выделению сердечного потока и иннервации сердца. Наконец, мышцы конечностей не развиваются у гомозиготов, а осевая мышца демонстрирует различные аномалии. Эти миогенные эффекты вызваны увеличением гибели клеток миогенных прекурсоров в дермомиотоме и уменьшением миграции из дермомиотома. Мутации зародышевой линии гена PAX3 встречаются при синдроме Ваарденбурга, который включает в себя четыре аутосомно- доминантных генетических расстройства (WS1, WS2, WS3 и WS4). Из четырех подтипов WS1 и WS3 обычно вызваны мутациями PAX3. Для всех четырех подтипов характерны потери слуха, нарушения зрения и расстройства пигментации. Кроме того, WS1 часто ассоциируется с изменениями в середине лица, называемыми дистопией кантором, в то время как WS3 (синдром Клейна Ваарденбурга) часто отличается отклонениями опорно-двигательного аппарата, затрагивающими верхние конечности. Большинство случаев WS1 вызваны гетерозиготными мутациями PAX3, в то время как WS3 вызвана частичной или полной делецией PAX3 и смежных генов или меньшими мутациями PAX3 в гетерозиготном или гомозиготном состоянии. Эти мутации PAX3 в WS1 и WS3 включают в себя мутации, которые не имеют смысла, бессмысленные и сплайсирующие; небольшие вставки; и небольшие или грубые делеции. Хотя эти изменения обычно не повторяются, мутации обычно происходят в экзонах от 2 до 6, причем наиболее распространенными являются мутации экзона 2. Поскольку эти экзоны кодируют парный ящик и гомеодомен, эти мутации часто влияют на функцию связывания ДНК.

Мутации в раковых заболеваниях человека

Альвеолярная рабдомиосаркома (АРМС) - агрессивная саркома мягких тканей, которая возникает у детей и обычно характеризуется рецидивирующей т2 , 13 , 35 , 14 хромосомной транслокацией. Эта транслокация 2;13 прерывает и воссоединяет части генов PAX3 и FOXO1, чтобы генерировать ген синтеза PAX3 FOXO1, который экспрессирует транскрипт синтеза PAX3 FOXO1, кодирующий белок синтеза PAX3 FOXO1. PAX3 и FOXO1 кодируют факторы транскрипции, и в результате транслокации получается фактор транскрипции слияния, содержащий N- терминал PAX3 ДНК-связывающего домена и C- терминал FOXO1 трансактивационного домена. Меньшая часть случаев ARMS связана с менее распространенными слияниями PAX7 с FOXO1 или редкими слияниями PAX3 с другими факторами транскрипции, такими как NCOA1. По сравнению с диким типом белка PAX3, белк синтеза PAX3 FOXO1 более мощно активирует гены-мишени PAX3. Кроме того, PAX3 FOXO1 связывается с MYOD1, MYOG и MYCN, а также с хроматиновыми структурными белками, такими как CHD4 и BRD4, чтобы способствовать образованию суперповышающих в окрестностях подмножества этих целевых генов. Эти дисрегулируемые целевые гены способствуют опухолеобразованию, изменяя сигнальные пути, которые влияют на пролиферацию, гибель клеток, миогенную дифференциацию и миграцию. A t(2;4)(q35;q31.1) хромосомная транслокация, которая сливает гены PAX3 и MAML3, возникает при бифенотипической синоназальной саркоме (BSNS), злокачественной опухоли низкого уровня у взрослых, связанной как с миогенной, так и с нейронной дифференциацией. MAML3 кодирует транскрипционный коактиватор, участвующий в передаче сигналов Notch. Фьюзионный процесс PAX3 MAML3 сопоставляет N-терминал PAX3 с трансактивационным доменом C-терминала MAML3, создавая еще один мощный активатор целевых генов с сайтами связывания PAX3. Следует отметить, что PAX3 перестраивается без участия MAML3 в меньшем подмножестве случаев BSNS, и некоторые из этих вариантов случаев содержат слияние PAX3 NCOA1 или PAX3 FOXO1. Хотя синтезы PAX3 FOXO1 и PAX3 NCOA1 могут образовываться как в ARMS, так и в BSNS, существуют различия в структуре активированных нижестоящих целевых генов, предполагая, что клеточная среда играет важную роль в модуляции выхода этих факторов транскрипции синтеза. В дополнение к опухолям с связанными с PAX3 геноми слияния, существует несколько других категорий опухолей, которые экспрессируют ген дикого типа PAX3. Наличие экспрессии PAX3 в некоторых опухолях может быть объяснено их происхождением из линий развития, обычно экспрессирующих дикий тип PAX3. Например, PAX3 экспрессируется в раковых заболеваниях, связанных с породами, полученными из нервной трубки (например, глиобластома), породами, полученными из нервной коры (например, меланома) и миогенными породами (например, эмбриональная рабдомиосаркома). Однако PAX3 также экспрессируется в других типах рака без четкой связи с PAX3, экспрессирующим линейные линии развития, такие как карцинома молочной железы и остеосаркома. У этих раковых опухолей дикого типа с экспрессией PAX3 функция PAX3 влияет на контроль пролиферации, апоптоза, дифференцировки и подвижности. Поэтому дикий тип PAX3 играет регуляторную роль в опухолеобразовании и прогрессировании опухоли, что может быть связано с его ролью в нормальном развитии.