باكس 3

يشفر جين PAX3 (جين الصندوق المزدوج 3) أحد أفراد عائلة عوامل النسخ PAX ، أو ما يُعرف بعائلة الصندوق المزدوج . ^{[ 5 ]} تتكون عائلة PAX من تسعة أعضاء بشرية (PAX1-PAX9) وتسعة أعضاء فأرية (Pax1-Pax9)، موزعة على أربع عائلات فرعية. يوجد جين PAX3 البشري وجين Pax3 الفأري في عائلة فرعية واحدة، إلى جانب جيني PAX7 البشري والفأري المتشابهين بدرجة عالية. يقع جين PAX3 البشري في المنطقة الكروموسومية 2q36.1، ويحتوي على 10 إكسونات ضمن منطقة طولها 100 كيلوبايت.

ينتج عن التضفير البديل والمعالجة نظائر متعددة من جين PAX3 ، والتي تم الكشف عنها على مستوى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). ^{[ 6 ]} يُعدّ PAX3e أطول هذه النظائر، ويتكون من 10 إكسونات تُشفّر بروتينًا مؤلفًا من 505 حمضًا أمينيًا. في أنواع الثدييات الأخرى، بما في ذلك الفأر، تتوافق أطول جزيئات mRNA مع نظيري PAX3c وPAX3d البشريين، واللذين يتكونان من أول 8 أو 9 إكسونات من جين PAX3، على التوالي. تشمل نظائر PAX3 الأقصر جزيئات mRNA التي تتجاوز الإكسون 8 (PAX3g وPAX3h) وجزيئات mRNA التي تحتوي على 4 أو 5 إكسونات (PAX3a وPAX3b). في دراسات محدودة قارنت تعبير النظائر، وُجد أن PAX3d يُعبّر عنه بأعلى المستويات. من وجهة نظر وظيفية، يحفز كل من PAX3c و PAX3d و PAX3h أنشطة مثل نمو الخلايا، بينما يثبط كل من PAX3e و PAX3g هذه الأنشطة، ولا يُظهر كل من PAX3a و PAX3b أي نشاط أو يثبط هذه النقاط النهائية.

يُعدّ التضفير البديل الشائع الذي يؤثر على mRNA الخاص بـ PAX3 هو ذلك الذي يتضمن تسلسل CAG في الطرف 5' من الإكسون 3. ^{[ 7 ]} يشمل هذا التضفير هذه القواعد الثلاث أو يستبعدها، مما يؤدي إلى وجود أو غياب بقايا الغلوتامين في وحدة الصندوق المزدوج. وقد حددت دراسات تسلسل محدودة لـ cDNA البشري كامل الطول حدث التضفير هذا كمتغير من نظير PAX3d، وقد أُطلق على هذا النظير المُضفّر اسم نظير PAX3i. يُعبّر عن نظيري Q+ وQ− من PAX3 بشكل مشترك في الخلايا. وعلى المستوى الوظيفي، يُظهر نظير Q+ ارتباطًا بالحمض النووي وتنشيطًا نسخياً مماثلاً أو أقل من نظير Q−.

يشفر جين PAX3 عامل نسخ يحتوي على نطاق ارتباط بالحمض النووي في الطرف الأميني، ويتألف هذا النطاق من صندوق مزدوج (PD) مُشفّر بواسطة الإكسونات 2 و3 و4، ونطاق ثماني الببتيد ونطاق هومودومين كامل (HD) مُشفّر بواسطة الإكسونات 5 و6. ^{[ 8 ]} بالإضافة إلى ذلك، يحتوي بروتين PAX3 على نطاق تنشيط نسخ في الطرف الكربوكسيلي مُشفّر بواسطة الإكسونات 7 و8. يتكون نطاق PD المحفوظ بدرجة عالية من منطقة مكونة من 128 حمضًا أمينيًا ترتبط بتسلسلات الحمض النووي المرتبطة بنمط TCACGC/G. ^{[ 9 ]} يتكون نمط HD عادةً من 60 حمضًا أمينيًا ويرتبط بتسلسلات تحتوي على نمط TAAT الأساسي. ^{[ 10 ]} يُمكّن هذان النطاقان المرتبطان بالحمض النووي بروتين PAX3 من التعرّف على تسلسلات أطول تحتوي على مواقع ارتباط PD وHD. ^{[ 11 ]} في الطرف الكربوكسيلي لبروتين PAX3، توجد منطقة غنية بالبرولين والسيرين والثريونين (PST) تتألف من 78 حمضًا أمينيًا، وتعمل على تحفيز النشاط النسخي. ^{[ 12 ]} كما توجد نطاقات تثبيط نسخي في نطاق HD والمنطقة الطرفية الأمينية (بما في ذلك النصف الأول من نطاق PD) تعمل على تثبيط نطاق التنشيط النسخي الطرفي الكربوكسيلي. ^{[ 13 ]}

يعمل PAX3 كمنشط نسخ لمعظم الجينات المستهدفة، ولكنه قد يثبط أيضًا مجموعة فرعية أصغر منها. ^{[ 14 ]} تحدث هذه التغيرات في التعبير الجيني من خلال ارتباط PAX3 بمواقع تعرف محددة، تقع في مواقع جينومية مختلفة. ^{[ 15 ]} تقع بعض مواقع الارتباط داخل الجينات المستهدفة أو بالقرب منها، مثل المحفز 5'، والإنترون الأول، والمنطقة غير المترجمة 3'. يقع عدد كبير من مواقع ارتباط PAX3 على مسافات أبعد في اتجاهي 5' و3' من الجينات المستهدفة. من بين الجينات المستهدفة لـ PAX3، توجد مجموعة مرتبطة بنمو العضلات، ومجموعة أخرى مرتبطة بنمو الخلايا العصبية والخلايا الصبغية. تنظم البروتينات المشفرة بواسطة هذه الجينات المستهدفة أنشطة وظيفية متنوعة في هذه السلالات، بما في ذلك التمايز، والتكاثر، والهجرة، والالتصاق، والاستماتة الخلوية.

يتفاعل PAX3 مع بروتينات نووية أخرى، تُعدّل نشاطه النسخي. يُتيح ازدواج PAX3 مع جزيء PAX3 آخر أو جزيء PAX7 الارتباط بموقع ارتباط متناظر (TAATCAATTA). ^{[ 16 ]} كما يُتيح تفاعل PAX3 مع عوامل نسخ أخرى (مثل SOX10) أو عوامل كروماتينية (مثل PAX3/7BP) تنشيطًا تآزريًا لجينات PAX3 المستهدفة. ^{[ 17 ] [ 18 ]} في المقابل، يُثبّط ارتباط PAX3 بمثبطات مشتركة، مثل الكالمِرين، تنشيط جينات PAX3 المستهدفة. ^{[ 19 ]} قد تعمل هذه المثبطات المشتركة عن طريق تغيير بنية الكروماتين في الجينات المستهدفة، أو تثبيط تعرف PAX3 على موقع ارتباطه بالحمض النووي، أو تغيير نشاط PAX3 النسخي بشكل مباشر.

أخيرًا، يمكن تعديل التعبير عن بروتين PAX3 ووظيفته من خلال التعديلات اللاحقة للترجمة. إذ يمكن فسفرة PAX3 عند السيرين 201 و205 و209 بواسطة كينازات مثل GSK3b، مما يزيد من استقرار بروتين PAX3 في بعض الحالات. ^{[ 20 ] [ 21 ]} إضافةً إلى ذلك، يمكن أن يخضع PAX3 أيضًا لعملية اليوبيكويتين والأسيتلة عند الليسين 437 و475، مما ينظم استقرار البروتين ووظيفته. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

الجدول 1. الجينات المستهدفة النسخية التمثيلية لـ PAX3.

أثناء التطور الجنيني، يُعدّ نسيج العضلات الهيكلية أحد أهمّ السلالات التي تُعبّر عن جين Pax3. ^{[ 24 ]} يظهر التعبير عن Pax3 لأول مرة في الأديم المتوسط ​​المجاور للمحور قبل القطع الجسدية، ثم يقتصر في النهاية على الأديم العضلي ، الذي يتكوّن من المنطقة الظهرية للقطع الجسدية. ولتكوين العضلات الهيكلية في القطع المركزية للجسم، تنفصل الخلايا المُعبّرة عن Pax3 عن الأديم العضلي، ثم يتوقف التعبير عن Pax3 مع تنشيط التعبير عن Myf5 وMyoD1. ولتكوين عضلات هيكلية أخرى، تنفصل الخلايا المُعبّرة عن Pax3 عن الأديم العضلي وتهاجر إلى مواقع أبعد، مثل الأطراف والحجاب الحاجز. كما تُشكّل مجموعة فرعية من هذه الخلايا المُشتقّة من الأديم العضلي والمُعبّرة عن Pax3 مخزونًا مستمرًا من الخلايا السلفية لنمو العضلات الهيكلية أثناء التطور الجنيني. خلال المراحل النمائية اللاحقة، تُشكّل الخلايا السلفية العضلية التي تُعبّر عن Pax3 و/أو Pax7 خلايا ساتلية داخل العضلات الهيكلية، والتي تُساهم في نمو العضلات بعد الولادة وتجديدها. تبقى هذه الخلايا الساتلية البالغة في حالة سكون حتى حدوث الإصابة، ثم تُحفّز على الانقسام وتجديد العضلة المصابة.

يُشارك جين Pax3 أيضًا في نمو الجهاز العصبي. ^{[ 25 ]} يُرصد التعبير عن Pax3 لأول مرة في المنطقة الظهرية من التلم العصبي، ومع تعمق هذا التلم لتشكيل الأنبوب العصبي، يُعبر عن Pax3 في الجزء الظهري من الأنبوب العصبي. ومع ازدياد حجم الأنبوب العصبي، يتركز التعبير عن Pax3 في الخلايا التكاثرية في المنطقة البطينية الداخلية، ثم يتوقف هذا التعبير مع هجرة هذه الخلايا إلى مناطق سطحية. يُعبر عن Pax3 على طول الأنبوب العصبي وفي معظم أنحاء الدماغ النامي، ثم يتوقف هذا التعبير لاحقًا خلال المراحل النمائية اللاحقة في اتجاه من الرأس إلى الذيل.

خلال مراحل النمو المبكرة، يُعبر عن جين Pax3 أيضًا على الحواف الجانبية والخلفية للصفيحة العصبية، وهي المنطقة التي ينشأ منها العرف العصبي . ^{[ 26 ]} ويُعبر عن Pax3 لاحقًا في أنواع مختلفة من الخلايا والبنى الناشئة من العرف العصبي، مثل الخلايا الميلانينية الأولية، وخلايا شوان السلفية، والعقد الجذرية الظهرية. بالإضافة إلى ذلك، تُساهم الخلايا المُعبرة عن Pax3 والمشتقة من العرف العصبي في تكوين بنى أخرى، مثل الأذن الداخلية والفك السفلي والفك العلوي. ^{[ 27 ]}

يتحكم Pax3 في موقع نقطة الأنف ( وهي سمة وجهية تقع بين العينين وأعلى الأنف)، ويرتبط بوجود الحاجب الواحد . ^{[ 28 ]}

تُسبب الطفرات الجينية في جين Pax3 ظهور نمط البقع في الفئران. ^{[ 29 ] [ 30 ]} على المستوى الجزيئي، ينتج هذا النمط عن طفرات نقطية أو حذف يُغير أو يُلغي وظيفة النسخ لجين Pax3. في حالة التغاير الجيني، يتميز نمط البقع بظهور بقع بيضاء في البطن والذيل والقدمين. تُعزى هذه البقع البيضاء إلى نقص موضعي في الخلايا الصبغية المُكونة للميلانين، نتيجةً لعيوب في خلايا العرف العصبي. في حالة التماثل الجيني، تُسبب هذه الطفرات في جين Pax3 موت الأجنة، والذي يرتبط بعيوب بارزة في إغلاق الأنبوب العصبي وتشوهات في التراكيب المُشتقة من العرف العصبي، مثل الخلايا الصبغية والعقد العصبية الجذرية الظهرية والعقد العصبية المعوية. كما تنتج تشوهات القلب عن فقدان خلايا العرف العصبي القلبية، التي تُساهم عادةً في تكوين مسار تدفق الدم من القلب وتعصيب القلب. أخيرًا، لا تتطور عضلات الأطراف لدى الأفراد متماثلي الجينات، وتُظهر عضلات الجذع تشوهات متفاوتة. وتنتج هذه التأثيرات العضلية عن زيادة موت الخلايا السلفية العضلية في الأديم العضلي وانخفاض هجرتها.

تحدث طفرات في جين PAX3 في متلازمة واردنبورغ ، وهي مرض وراثي سائد متنحي ^{[ 31 ]} ، تتكون من أربعة اضطرابات وراثية سائدة (WS1، WS2، WS3، وWS4) ^{[ 32 ]} . من بين هذه الأنواع الفرعية الأربعة، عادةً ما يكون النوعان WS1 وWS3 ناتجين عن طفرات في جين PAX3. تتميز جميع الأنواع الفرعية الأربعة بفقدان السمع، وتشوهات في العين، واضطرابات في التصبغ. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط النوع WS1 غالبًا بتشوه في منتصف الوجه يُسمى خلل التنسج الزاوي للعين، بينما يتميز النوع WS3 (متلازمة كلاين-واردنبورغ) بتشوهات هيكلية عضلية تصيب الأطراف العلوية. تحدث معظم حالات WS1 نتيجة طفرات غير متجانسة في جين PAX3، بينما تحدث حالات WS3 إما نتيجة حذف جزئي أو كلي لجين PAX3 والجينات المجاورة له، أو نتيجة طفرات أصغر في جين PAX3 في حالة غير متجانسة أو متجانسة. تشمل طفرات جين PAX3 في متلازمتي واردنبورغ 1 و3 طفرات خاطئة، وطفرات توقف، وطفرات في مواقع الربط؛ بالإضافة إلى إدخالات صغيرة؛ وحذف أجزاء صغيرة أو كبيرة. على الرغم من أن هذه التغيرات لا تتكرر عادةً، إلا أن الطفرات تحدث عمومًا في الإكسونات من 2 إلى 6، مع كون طفرات الإكسون 2 هي الأكثر شيوعًا. ولأن هذه الإكسونات تشفر صندوق الاقتران والنطاق المتجانس، فإن هذه الطفرات غالبًا ما تؤثر على وظيفة ارتباط الحمض النووي.

الساركوما العضلية المخططة السنخية (ARMS) هي ساركوما عدوانية تصيب الأنسجة الرخوة، وتحدث عادةً لدى الأطفال، وتتميز بانتقال كروموسومي متكرر t(2;13)(q35;q14). ^{[ 33 ] [ 34 ]} يؤدي هذا الانتقال 2;13 إلى كسر وإعادة ربط أجزاء من جيني PAX3 و FOXO1 لتكوين جين اندماجي PAX3-FOXO1 يُعبّر عن نسخة اندماجية PAX3-FOXO1 تُشفّر بروتينًا اندماجيًا PAX3-FOXO1. ^{[ 35 ]} يُشفّر كل من PAX3 وFOXO1 عوامل نسخ، وينتج عن هذا الانتقال عامل نسخ اندماجي يحتوي على نطاق ارتباط الحمض النووي PAX3 في الطرف الأميني، ونطاق تنشيط النسخ FOXO1 في الطرف الكربوكسيلي. ترتبط مجموعة فرعية أصغر من حالات ARMS باندماجات أقل شيوعًا بين PAX7 وFOXO1، أو اندماجات نادرة بين PAX3 وعوامل نسخ أخرى، مثل NCOA1. ^{[ 36 ] [ 37 ]} بالمقارنة مع بروتين PAX3 الطبيعي، يُنشّط بروتين PAX3-FOXO1 المُدمج جينات PAX3 المستهدفة بقوة أكبر. ^{[ 13 ]} في خلايا ARMS، يعمل PAX3-FOXO1 عادةً كمنشط نسخ، ويزيد بشكل مفرط من التعبير عن الجينات المستهدفة اللاحقة. ^{[ 38 ] [ 39 ]} بالإضافة إلى ذلك، يرتبط PAX3-FOXO1 مع MYOD1 وMYOG وMYCN، وكذلك بروتينات بنية الكروماتين، مثل CHD4 وBRD4، للمساهمة في تكوين مُعززات فائقة في جوار مجموعة فرعية من هذه الجينات المستهدفة. ^{[ 40 ]} تساهم هذه الجينات المستهدفة المختلة في تكوين الأورام عن طريق تغيير مسارات الإشارات التي تؤثر على التكاثر وموت الخلايا والتمايز العضلي والهجرة.

يحدث تبادل كروموسومي t(2;4)(q35;q31.1) يؤدي إلى اندماج جيني PAX3 وMAML3 في ساركوما الجيوب الأنفية ثنائية النمط الظاهري (BSNS)، وهي ورم خبيث منخفض الدرجة يصيب البالغين ويرتبط بالتمايز العضلي والعصبي. ^{[ 41 ]} يشفر جين MAML3 مُنشطًا مُشاركًا في النسخ، ويشارك في إشارات Notch. يؤدي اندماج PAX3-MAML3 إلى تجاور نطاق ارتباط الحمض النووي الطرفي N لجين PAX3 مع نطاق التنشيط الطرفي C لجين MAML3، مما يُنتج مُنشطًا قويًا آخر للجينات المستهدفة التي تحتوي على مواقع ارتباط PAX3. تجدر الإشارة إلى أن جين PAX3 يُعاد ترتيبه دون مشاركة MAML3 في مجموعة فرعية أصغر من حالات BSNS، وتحتوي بعض هذه الحالات المتغيرة على اندماج PAX3-NCOA1 أو PAX3-FOXO1. ^{[ 42 ] [ 43 ]} على الرغم من إمكانية تكوين اندماجات PAX3-FOXO1 و PAX3-NCOA1 في كل من ARMS و BSNS، إلا أن هناك اختلافات في نمط الجينات المستهدفة المنشطة في اتجاه المصب مما يشير إلى أن بيئة الخلية لها دور مهم في تعديل ناتج عوامل النسخ الاندماجية هذه.

بالإضافة إلى الأورام التي تحمل جينات اندماجية مرتبطة بـ PAX3، توجد عدة فئات أخرى من الأورام التي تُظهر جين PAX3 الطبيعي. يُعزى وجود تعبير PAX3 في بعض الأورام إلى اشتقاقها من سلالات نمائية تُظهر عادةً تعبير PAX3 الطبيعي. على سبيل المثال، يُعبر عن PAX3 في أنواع السرطان المرتبطة بسلالات مشتقة من الأنبوب العصبي (مثل الورم الأرومي الدبقي)، وسلالات مشتقة من العرف العصبي (مثل الورم الميلانيني)، وسلالات عضلية (مثل الساركوما العضلية الجنينية). ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} مع ذلك، يُعبر عن PAX3 أيضًا في أنواع أخرى من السرطان دون وجود علاقة واضحة بسلالات نمائية تُظهر تعبير PAX3، مثل سرطان الثدي وساركوما العظام. ^{[ 48 ] ​​[ 49 ]} في هذه السرطانات التي تُعبر عن PAX3 من النوع البري، تؤثر وظيفة PAX3 على تنظيم التكاثر، والاستماتة الخلوية، والتمايز، والحركة. ^{[ 44 ] [ 45 ]} لذلك، يؤدي PAX3 من النوع البري دورًا تنظيميًا في تكوين الأورام وتطورها، وهو ما قد يرتبط بدوره في النمو الطبيعي.

• PAX3+بروتين،+بشري في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• نظرة عامة على جميع المعلومات الهيكلية المتاحة في PDB لـ UniProt : P23760 (بروتين صندوق الزوج Pax-3) في PDBe-KB .