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.
The PAX3 (paired box gene 3) gene encodes a member of the paired box or PAX family of transcription factors. The PAX family consists of nine human (PAX1 PAX9) and nine mouse (Pax1 Pax9) members arranged into four subfamilies. Human PAX3 and mouse Pax3 are present in a subfamily along with the highly homologous human PAX7 and mouse Pax7 genes. The human PAX3 gene is located in the 2q36.1 chromosomal region, and contains 10 exons within a 100 kb region.
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.