PAX3 - PAX3
Le PAX3 (gène 3 à boîte apparié) gène code pour un membre de la boîte apparié ou PAX famille de facteurs de transcription . La famille PAX se compose de neuf membres humains (PAX1-PAX9) et de neuf souris (Pax1-Pax9) répartis en quatre sous-familles. PAX3 humain et Pax3 de souris sont présents dans une sous-famille avec les gènes PAX7 humain et Pax7 de souris hautement homologues . Le gène PAX3 humain est situé dans la région chromosomique 2q36.1 et contient 10 exons dans une région de 100 kb.
Épissage de transcription
L'épissage et le traitement alternatifs génèrent plusieurs isoformes PAX3 qui ont été détectées au niveau de l'ARNm. PAX3e est l'isoforme la plus longue et se compose de 10 exons qui codent pour une protéine de 505 acides aminés. Chez d'autres espèces de mammifères, y compris la souris, les ARNm les plus longs correspondent aux isoformes PAX3c et PAX3d humaines, qui consistent respectivement en les 8 ou 9 premiers exons du gène PAX3. Les isoformes PAX3 plus courtes incluent les ARNm qui ignorent l'exon 8 (PAX3g et PAX3h) et les ARNm contenant 4 ou 5 exons (PAX3a et PAX3b). Dans des études limitées comparant l'expression des isoformes, PAX3d est exprimé aux niveaux les plus élevés. D'un point de vue fonctionnel, PAX3c, PAX3d et PAX3h stimulent des activités telles que la croissance cellulaire tandis que PAX3e et PAX3g inhibent ces activités, et PAX3a et PAX3b ne montrent aucune activité ou inhibent ces paramètres.
Un épissage alternatif courant affectant l'ARNm de PAX3 implique la séquence CAG à l'extrémité 5' de l'exon 3. Cet épissage inclut ou exclut ces trois bases, entraînant ainsi la présence ou l'absence d'un résidu glutamine dans le motif de boîte appariée. Des études de séquençage limitées d'ADNc humains complets ont identifié cet événement d'épissage comme une variante de l'isoforme PAX3d, et cette isoforme épissée a été appelée séparément l'isoforme PAX3i. Les isoformes Q+ et Q- de PAX3 sont généralement co-exprimées dans les cellules. Au niveau fonctionnel, l'isoforme Q+ présente une liaison à l'ADN et une activation transcriptionnelle similaires ou inférieures à celles de l'isoforme Q-.
Structure et fonction des protéines
PAX3 code pour un facteur de transcription avec un domaine de liaison à l'ADN N-terminal composé d'une boîte appariée (PD) codée par les exons 2, 3 et 4, et d'un octapeptide et d'un homéodomaine complet (HD) codé par les exons 5 et 6. De plus, la protéine PAX3 possède un domaine d'activation transcriptionnelle C-terminal codé par les exons 7 et 8. La PD hautement conservée consiste en une région de 128 acides aminés qui se lie aux séquences d'ADN liées au motif TCACGC/G. Le motif HD se compose généralement de 60 acides aminés et se lie à des séquences contenant un motif central TAAT. La combinaison de ces deux domaines de liaison à l'ADN permet à la protéine PAX3 de reconnaître des séquences plus longues contenant des sites de liaison PD et HD. Dans l'extrémité C-terminale de PAX3, il y a une région riche en proline, sérine et thréonine (PST) mesurant 78 acides aminés qui fonctionne pour stimuler l'activité transcriptionnelle. Il existe également des domaines de répression transcriptionnelle dans la région HD et N-terminale (y compris la première moitié de la PD) qui répriment le domaine d'activation transcriptionnelle C-terminal.
PAX3 fonctionne comme un activateur transcriptionnel pour la plupart des gènes cibles, mais peut également réprimer un plus petit sous-ensemble de gènes cibles. Ces changements d'expression sont effectués par la liaison de PAX3 à des sites de reconnaissance spécifiques, qui sont situés à divers emplacements génomiques. Certains sites de liaison sont situés dans ou à proximité des gènes cibles, tels que le promoteur 5', le premier intron et la région non traduite 3'. Un nombre substantiel de sites de liaison de PAX3 sont situés à de plus grandes distances en amont et en aval des gènes cibles. Parmi les gènes cibles PAX3, il existe un groupe associé au développement musculaire et un deuxième groupe associé au développement neuronal et mélanocytaire. Les protéines codées par ces gènes cibles régulent diverses activités fonctionnelles dans ces lignées, notamment la différenciation, la prolifération, la migration, l'adhésion et l'apoptose.
PAX3 interagit avec d'autres protéines nucléaires, qui modulent l'activité transcriptionnelle de PAX3. La dimérisation de PAX3 avec une autre molécule PAX3 ou une molécule PAX7 permet la liaison à un site de liaison palindromique HD (TAATCAATTA). L'interaction de PAX3 avec d'autres facteurs de transcription (tels que SOX10) ou des facteurs de chromatine (tels que PAX3/7BP) permet une activation synergique des gènes cibles de PAX3. En revanche, la liaison de PAX3 à des co-répresseurs, tels que la calmyrine, inhibe l'activation des gènes cibles de PAX3. Ces co-répresseurs peuvent fonctionner en modifiant la structure de la chromatine au niveau des gènes cibles, en inhibant la reconnaissance par PAX3 de son site de liaison à l'ADN ou en modifiant directement l'activité transcriptionnelle de PAX3.
Enfin, l'expression et la fonction de la protéine PAX3 peuvent être modulées par des modifications post-traductionnelles. PAX3 peut être phosphorylé au niveau des sérines 201, 205 et 209 par des kinases telles que GSK3b, ce qui, dans certains cas, augmentera la stabilité de la protéine PAX3. De plus, PAX3 peut également subir une ubiquitination et une acétylation au niveau des lysines 437 et 475, ce qui régule la stabilité et la fonction des protéines.
Tableau 1. Gènes cibles de transcription PAX3 représentatifs.
| Catégorie de protéine | Nom | Activité phénotypique |
| Molécule d'adhésion cellulaire | NRCAM | Adhésion intercellulaire |
| Récepteur de chimiokine | CXCR4 | Motilité |
| Récepteur tyrosine kinase | FGFR4 | Prolifération, différenciation, migration |
| RENCONTRÉ | Prolifération, migration, survie | |
| RET | Prolifération, migration, différenciation | |
| Le facteur de transcription | MITF | Différenciation, prolifération, survie |
| MYF5 | Différenciation | |
| MYOD1 | Différenciation |
Expression au cours du développement
Au cours du développement, l'une des principales lignées exprimant Pax3 est la lignée des muscles squelettiques. L'expression de Pax3 est d'abord observée dans le mésoderme paraxial pré-somitique, puis se limite finalement au dermomyotome , qui se forme à partir de la région dorsale des somites. Pour former le muscle squelettique dans les segments centraux du corps, les cellules exprimant PAX3 se détachent du dermomyotome, puis l'expression de Pax3 est désactivée lorsque l'expression de Myf5 et MyoD1 est activée. Pour former d'autres muscles squelettiques, les cellules exprimant Pax3 se détachent du dermomyotome et migrent vers des sites plus éloignés, tels que les membres et le diaphragme. Un sous-ensemble de ces cellules dérivées du dermomyotome exprimant Pax3 sert également de pool de progéniteurs continus pour la croissance des muscles squelettiques pendant le développement fœtal. Au cours des stades de développement ultérieurs, les précurseurs myogéniques exprimant Pax3 et/ou Pax7 forment des cellules satellites dans le muscle squelettique, qui contribuent à la croissance musculaire postnatale et à la régénération musculaire. Ces cellules satellites adultes restent au repos jusqu'à ce qu'une blessure se produise, puis sont stimulées pour se diviser et régénérer le muscle blessé.
Pax3 est également impliqué dans le développement du système nerveux. L'expression de Pax3 est d'abord détectée dans la région dorsale du sillon neural et, à mesure que ce sillon neural s'approfondit pour former le tube neural, Pax3 est exprimé dans la partie dorsale du tube neural. À mesure que le tube neural s'agrandit, l'expression de Pax3 est localisée dans les cellules prolifératives de la zone ventriculaire interne, puis cette expression est désactivée lorsque ces cellules migrent vers des régions plus superficielles. Pax3 est exprimé le long du tube neural et dans une grande partie du cerveau en développement, et cette expression est ensuite désactivée au cours des stades de développement ultérieurs dans une direction rostrale à caudale.
Au début du développement, l'expression de Pax3 se produit également au niveau des marges latérales et postérieures de la plaque neurale, qui est la région d'où provient la crête neurale . Pax3 est ensuite exprimé par divers types et structures cellulaires provenant de la crête neurale, tels que les mélanoblastes, les précurseurs des cellules de Schwann et les ganglions de la racine dorsale. De plus, les cellules exprimant Pax3 dérivées de la crête neurale contribuent à la formation d'autres structures, telles que l'oreille interne, la mandibule et le maxillaire.
Mutations germinales dans la maladie
Les mutations germinales du gène Pax3 provoquent le phénotype splotch chez la souris. Au niveau moléculaire, ce phénotype est causé par des mutations ponctuelles ou des délétions qui altèrent ou abolissent la fonction transcriptionnelle de Pax3. A l'état hétérozygote, le phénotype splotch est caractérisé par des taches blanches sur le ventre, la queue et les pattes. Ces taches blanches sont attribuées à des déficiences localisées dans les mélanocytes pigmentaires résultant de défauts des cellules de la crête neurale. À l'état homozygote, ces mutations Pax3 provoquent une létalité embryonnaire, qui est associée à des défauts importants de fermeture du tube neural et à des anomalies des structures dérivées de la crête neurale, telles que les mélanocytes, les ganglions de la racine dorsale et les ganglions entériques. Les malformations cardiaques résultent également de la perte des cellules de la crête neurale cardiaque, qui contribuent normalement à la voie d'éjection cardiaque et à l'innervation du cœur. Enfin, la musculature des membres ne se développe pas chez les homozygotes et la musculature axiale présente des anomalies variables. Ces effets myogéniques sont provoqués par une mort cellulaire accrue des précurseurs myogéniques dans le dermomyotome et une migration réduite à partir du dermomyotome.
Des mutations germinales du gène PAX3 se produisent dans la maladie humaine, le syndrome de Waardenburg , qui consiste en quatre troubles génétiques autosomiques dominants (WS1, WS2, WS3 et WS4). Des quatre sous-types, WS1 et WS3 sont généralement causés par des mutations PAX3. Les quatre sous-types sont caractérisés par une perte auditive, des anomalies oculaires et des troubles de la pigmentation. De plus, le WS1 est fréquemment associé à une altération médio-faciale appelée dystopie canthorum, tandis que le WS3 (syndrome de Klein-Waardenburg) se distingue fréquemment par des anomalies musculo-squelettiques affectant les membres supérieurs. La plupart des cas de WS1 sont causés par des mutations hétérozygotes de PAX3 tandis que WS3 est causé par une délétion partielle ou totale de PAX3 et des gènes contigus ou par de plus petites mutations de PAX3 à l'état hétérozygote ou homozygote. Ces mutations PAX3 dans WS1 et WS3 incluent des mutations faux-sens, non-sens et d'épissage ; petites insertions; et les suppressions petites ou grossières. Bien que ces changements ne soient généralement pas récurrents, les mutations se produisent généralement dans les exons 2 à 6, les mutations de l'exon 2 étant les plus courantes. Comme ces exons codent pour la boîte appariée et l'homéodomaine, ces mutations affectent souvent la fonction de liaison à l'ADN.
Mutations dans le cancer humain
Le rhabdomyosarcome alvéolaire (ARMS) est un sarcome agressif des tissus mous qui survient chez les enfants et se caractérise généralement par une translocation chromosomique récurrente t(2;13)(q35;q14). Cette translocation 2;13 rompt et rejoint des portions des gènes PAX3 et FOXO1 pour générer un gène de fusion PAX3-FOXO1 qui exprime un transcrit de fusion PAX3-FOXO1 codant pour une protéine de fusion PAX3-FOXO1. PAX3 et FOXO1 codent pour des facteurs de transcription, et la translocation aboutit à un facteur de transcription de fusion contenant le domaine de liaison à l'ADN PAX3 N-terminal et le domaine de transactivation FOXO1 C-terminal. Un sous-ensemble plus petit de cas ARMS est associé à des fusions moins courantes de PAX7 à FOXO1 ou à des fusions rares de PAX3 à d'autres facteurs de transcription, tels que NCOA1. Par rapport à la protéine PAX3 de type sauvage, la protéine de fusion PAX3-FOXO1 active plus puissamment les gènes cibles PAX3. Dans les cellules ARMS, PAX3-FOXO1 fonctionne généralement comme un activateur de la transcription et augmente excessivement l'expression des gènes cibles en aval. De plus, PAX3-FOXO1 se lie avec MYOD1, MYOG et MYCN ainsi qu'avec les protéines structurelles de la chromatine, telles que CHD4 et BRD4, pour contribuer à la formation de super amplificateurs à proximité d'un sous-ensemble de ces gènes cibles. Ces gènes cibles dérégulés contribuent à la tumorigenèse en modifiant les voies de signalisation qui affectent la prolifération, la mort cellulaire, la différenciation myogénique et la migration.
Une translocation chromosomique t(2;4)(q35;q31.1) qui fusionne les gènes PAX3 et MAML3 se produit dans le sarcome nasosinusien biphénotypique (BSNS), une malignité adulte de bas grade associée à la différenciation myogénique et neurale. MAML3 code pour un coactivateur transcriptionnel impliqué dans la signalisation Notch. La fusion PAX3-MAML3 juxtapose le domaine de liaison à l'ADN PAX3 N-terminal avec le domaine de transactivation MAML3 C-terminal pour créer un autre activateur puissant de gènes cibles avec des sites de liaison PAX3. Il est à noter que PAX3 est réarrangé sans implication de MAML3 dans un sous-ensemble plus petit de cas de BSNS, et certains de ces cas variants contiennent une fusion PAX3-NCOA1 ou PAX3-FOXO1. Bien que les fusions PAX3-FOXO1 et PAX3-NCOA1 puissent être formées à la fois dans l'ARMS et dans le BSNS, il existe des différences dans le schéma des gènes cibles activés en aval, suggérant que l'environnement cellulaire joue un rôle important dans la modulation de la sortie de ces facteurs de transcription de fusion.
En plus des tumeurs avec des gènes de fusion liés à PAX3, il existe plusieurs autres catégories de tumeurs qui expriment le gène PAX3 de type sauvage. La présence de l'expression de PAX3 dans certaines tumeurs peut être expliquée par leur dérivation de lignées de développement exprimant normalement PAX3 de type sauvage. Par exemple, PAX3 est exprimé dans les cancers associés à des lignées dérivées du tube neural (par exemple, le glioblastome), des lignées dérivées de la crête neurale (par exemple, le mélanome) et des lignées myogéniques (par exemple, le rhabdomyosarcome embryonnaire). Cependant, PAX3 est également exprimé dans d'autres types de cancer sans relation claire avec une lignée de développement exprimant PAX3, comme le carcinome du sein et l'ostéosarcome. Dans ces cancers exprimant PAX3 de type sauvage, la fonction de PAX3 a un impact sur le contrôle de la prolifération, de l'apoptose, de la différenciation et de la motilité. Par conséquent, PAX3 de type sauvage exerce un rôle régulateur dans la tumorigenèse et la progression tumorale, qui peut être lié à son rôle dans le développement normal.
Remarques
Les références
Lectures complémentaires
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Liens externes
- PAX3+protéine,+humain à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis
- Aperçu de toutes les informations structurelles disponibles dans le PDB pour UniProt : P23760 ( Paired box protein Pax-3) au PDBe-KB .