• پاکس ژنها

پاکس ژنها

پريسا محمدی نژاد

دانشگاه شيراز

مقدمه

در هنگام  development هزاران ژن بیان می شوند تا الگوی رشد جنین را کنترل کنند. در فاز اولیه  development تکثیر و تمایزخیلی سریع رخ میدهد اما همین رشد سریع تحت کنترل ژنهایdevelopmental  است.  Pax geneها یکی از gene familyهای نسبتآً کوچک از ژنهای  developmental هستند که در تنظیم برنامه های  development  ( در دوران جنینی و در بزرگسالی) نقش دارد  و حاصل coding آنها  Pax proteinهاست که در همه یوکاریوتهای عالی از نماتودها تا مهره داران به عنوان ( regulatiory  transcriptional) در development بافتها و ارگانهای مختلف در دوران   embryogenesis نقش مهمی ایفا می کنند. همچنین برای عملکرد بعضی از انواع سلولهای تمایز یافته بعد از تولد ضروری است. برای مثال: Pax 5 در هنگام  haematopoiesis در بافتهای بالغ یافت می شود، همچنین  Pax geneها در بافت بالغ لنز چشم، تیموس، تیروئید و ... بیان می شوند. بعضی از Pax geneها به عنوان master regulatory gene عمل می کنند که در سرنوشت سلول مؤثرند و باعث به وجود آوردن یک ساختار پیچیده می شوند.

نام این خانواده از یک  DNA seq. motif حفاظت شده به نام  Paired box گرفته شده که در N-terminal آنها وجود دارد و اولین بار این  domain در(Drosophila paired protein)  شناخته شد.

ساختار

مشخصه اصلی این پروتئین ها حضور یک   DNA-binding motif به نام    (Paired domain) است که در همه  Pax proteinها وجود دارد و دارای 128 اسید آمینه است که در ستاره دریایی تا انسان حفاظت شده می باشد و شامل دو   subdomain مجزا است که به وسیله short linker به هم متصل می شوند:

PA1 domain ( N-terminal domain)

RED domain (C-terminal domain)

PA1 +RED = PD

که هر subdomain شامل یک Helix-Turn-Helix (HTH) است که پتانسیل   DNA binding دارد و نسبتاً مستقل عمل می کنند به طوریکه موتاسیون های یکی در اتصال دیگری به  DNA نقشی ندارد.

 تقریباً در حدود نیمی از  Pax protein ها دارای   DNA-binding domain دیگری به نام  HD هستند که به صورت  HTH motif است. این  domain حامل یک  S50 است که در بیان همه این    subgroup از  Pax proteinها حفاظت شده است و در      (Pax 3,4,6,7)  به طور کامل و در ( (Pax 2,5,8  فقط قسمتی از آن وجود دارد.

مشخصه دیگر Pax proteinها وجود یک  protein-protein interaction motif حفاظت شده به نام  octapeptide است که شامل ناحیه ای غنی ازاسید آمینه های پرولین، سرین، ترئونین و تیروزین (PSTY) می باشد  و در همه  Pax proteinها به جزء (Pax 4,6) وجود دارد.

در پستاندارانی مثل موش و انسان 9  Pax gene شناخته شده است که همگی بر روی کروموزوم های آتوزوم قرار داشته و( Pax 1,9) در بافتهای مزودرمی و    (Pax 2,3,4,5,6,7,8)  در بافتهای اکتودرمی بیان می شود.

بر اساس اختلاف ساختاری  Pax geneها را در پستانداران به 4 subgroup طبقه بندی می کنند که وجود تشابهات زیاد بین آنها نشان دهنده وجود یک مبدإ مشترک، و اشتقاق آنها در طی تکامل است.

نقش    Pax gene ها در ارگانوژنز در جدول صفحه بعد خلاصه شده است.

عملکرد  Pax geneها به عنوان  transcriptional regulator به عملکرد صحیح  PDها بستگی دارد. از طرفی همه اسید های آمینه PAI domain ها که با DNA،  contact دارد، در همه  PDها حفاظت شده است و به  core recognition تعبیر می شود.

همچنین با وجود اینکه optimal binding site برای  PDsهای مختلف متفاوت است، اما    consensus seq. درهمه یکسان است که تحت عنوان  core motif آنرا می شناسیم:

اینکه چگونه  Pax geneها نقش های تنظیمی متفاوتی اعمال می کنند و عملکردهای متنوعی دارند، در حالیکه ساختارهای مشابهی دارند و به  DNA-binding siteهای یکسانی متصل می شوند، خود یک سوال مهم است.

در حقیقت Pax pro. ها با استفاده از combination های مختلفی از DNA binding domain انواع   target siteها را شناسایی کرده و عملکردهای متفاوتی انجام می دهند. در حقیقت interaction بین  DNA-binding domain ها، با هم و با  DNA ، می تواند سبب شناسایی  seq.های مختلف DNA شود. این  interaction ها به دو صورت است:

   1- Intramolecular interaction

Combination های متفاوتی از) DNA binding domains شامل:  RED PAI,HD,)  باDNA  وبا یکدیگر، باعث تغییر specific DNA recognition آنها شده و سبب شناخت توالی های مختلف DNA می شود.به این ترتیب که قادرند با استفاده از:

(PAI +HD) or (PAI +RED) or (RED+HD) or (PAI+RED+HD)

برای تشخیص توالی های مجزا استفاده کنند.

2- Intermolecular interaction

استراتژی دیگر برای ایجاد تنوع در میان Pax proteinها،interaction  با دیگر پروتئین DNA bindingهای مثل:

bHLH, bZIP, nuclear receptor protein

است که اینinteraction  نیزمنجر به شناسایی توالی های مختلفی ازDNA می شود. برای مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد:

چنین واکنشی می تواند در Pax proteinهایی که شامل  HDهستند به صورت تشکیلhetero-domain  یاhomo-domain  رخ بدهد.

همچنینinteraction  بینPD وHD از ملکولهای مختلف وinteraction بینPD  وHD از subgroupهای Pax proteinها باعث وسیع شدن دامنه عملکرد آنها می شود.

حتی وجود cofactorهای مختلف در این interactionها می تواند باعث ایجاد تنوع شود.

نقش ها Pax gene ها در سرطان

بیان تنظیم نشده Pax geneها در چندین تومور انسانی دیده شده است و نظریه هایی وجود دارد که نشان می دهد Pax geneها در سرطان زایی دخیل هستند.

برای مثال: Pax2  و Pax 8  در Wilms tumor بیان شده و می توانند از تمایز سلولی در این سرطان جلوگیری کنند.

Pax2, Pax5 & Pax8 قادرند که به طور مستقیم رونویسی تومور سوپرسور ژنP53  را مهار کنند. ارتباط معکوس بین سطح  P53 و Pax5 در astrocytomas tumor  و نیز درمدولابلاستوما دیده شده است.

بعلاوه مشاهده شده که در non-Hodgkin lymphoma  ، t(9;14)(p13;q32)

 منجر به قرار گرفتنIgH Eµ enhancer  (بر روی کروموزوم 14) درupstream پروموتورPax 5 (بر روی کروموزوم 9) می شود، با over expression ژن Pax 5 و کاهش سطحP53  همراه است. اینکه چگونه Pax 5 باعث تومورزایی می شود نامعلوم است اما ممکن است که در تنظیم تکثیر سلولی دخیل باشد. البته هنوز معلوم نیست که افزایش بیان Pax gene ها برای سرطان زایی کافی است یا نه، اما بیان ممتدPax gene ها  در  cell lineهای مشتق شده از تومور حداقل برای حفظ حالتtransform  لازم می باشد.

در Alveolar rhabdomyo sarcoma ،  t(2;13)(q35;q14) سبب اتصال دوDNA-binding domain درPax 3 به یکtransactivation domain  در فاکتور رونویسیFKHR  می شود و یک پروتئین کایمر تشکیل می شود. این پروتئین کایمر در موارد بسیار نادر از الحاقFKHR وPax 7 t(1;3) ,  نیز به وجود می آید. پروتئینی که به این ترتیب حاصل می شود خواص فعال کنندگی بسیار بیشتر ازPax 3  یاPax 7  به تنهایی دارد و حتی خواص مجزایی از خود نشان می دهد.

با توجه به مواردی که ذکر شد، می توان نتیجه گرفت که مقدار Pax proteinها برای عملکرد نرمال آنها مهم است.