Посещений:
СЕМЕЙСИВО ГЕНОВ РАХ

Функциональная Роль

Perplexing Pax: From puzzle to paradigm
Judith A. Blake, Meghan Thomas, Jennifer A. Thompson , Robert White, Melanie Ziman
Dev.Dyn. V.237, P. 2791-2803, 2008

Pax transcription factors are critical for the development of the central nervous system (CNS) where they have a biphasic role, initially dictating CNS regionalization, while later orchestrating differentiation of specific cell subtypes. While a plethora of expression, misexpression, and mutation studies lend support for this argument and clarify the importance of Pax genes in CNS development, less well understood, and more perplexing, is the continued Pax expression in the adult CNS. In this article we explore the mechanism of action of Pax genes in general, and while being cognizant of existing developmental data, we also draw evidence from (1) adult progenitor cells involved in regeneration and tissue maintenance, (2) specific expression patterns in fully differentiated adult cells, and (3) analysis of direct target genes functioning downstream of Pax proteins. From this, we present a more encompassing theory that Pax genes are key regulators of a cell's measured response to a dynamic environment.


Рис.1.  | Figure 1. A: Schematic representation of adult mouse neuronogenesis, depicting proliferative Pax6-expressing cells within the subventricular zone (SVZ) of wild-type mice. B-D: Pax6 expression is down-regulated in most progenitors upon exit from the cell cycle, culminating in neuron formation (b); however, a subpopulation of neuroblasts retain Pax6 expression and migrate by means of the rostral migratory stream (c) to the olfactory bulb (OB), whereupon Pax6 expression is down-regulated resulting in formation of dopaminergic periglomerular cell neurons (d). E: By contrast, Pax6-deficient cells grafted into the wild-type environment produce progeny which are capable of migration to the OB and of neuronal differentiation, albeit precociously, but fail to produce neurons of the dopaminergic class (Kohwi et al.,[2005]). Thus, Pax6 expression maintains the cells in an undifferentiated phenotype until they reach the appropriate destination where they are involved in production of the appropriate subclass of neurons.


Рис.1.  |  Figure 2. The skeletal muscle satellite cell, defined by Pax7 expression, is considered an archetypal response cell that remains quiescent until environmental cues signal for their activation, proliferation, and differentiation into new myoblasts. This process is ablated in Pax7 knockout mice


Рис.1.  | Figure 3. Pax3 Pan gene functions: (Robson et al.,[2006]) Pax3 acts at a nodal point between the specification and maintenance of melanoblasts and their differentiation. A: Pax3 specifies melanoblasts from neural crest cells by physically interacting with the transcription factor Sox10 (Smit et al.,[2000]) and both collaborate in the activation of the melanocyte-specific transcription factor gene Mitf by binding to adjacent sites in the Mitf promoter (Bondurand et al.,[2000]; Lang et al.,[2000]). Together, Pax3, Sox10, and Mitf are responsible for the regulation of the melanocyte differentiation gene Dct. B: Pax3 forms a complex with groucho protein Grg4 on the Dct promoter, repressing Dct, thus maintaining cells in an undifferentiated state. C: Wnt signaling through frizzled (Fzd) receptors activates -catenin, which displaces Pax3 and groucho, allowing Mitf and Sox10 to bind and activate Dct expression, leading, irrevocably, to melanocyte differentiation (Galibert et al.,[1999]; Lang et al.,[2005]).


Рис.1.  | Figure 4. Biological processes and Molecular functions of Pax7 downstream target genes. Pax7 target genes identified by direct binding in vivo (White and Ziman,[2008]) or regulation in C2C12 myoblasts (McKinnell et al.,[2008]) were catalogued for GO Biological Process using the Panther database (Mi et al.,[2007]).

В развивающемся эмбрионе члены высоко законсервированного семейства Pax генов, как первоначально считалось, играют прирожденную роль в регионализации и на последних стадиях в спецификации специфических субтипов клеток (Stoykova and Gruss,[1994]; Kawakami et al.,[1997]). Экспрессия Pax продолжается и у взрослых, как в stem/progenitor клеточных популяциях, так и в зрелых клетках (Seale et al.,[2000]; Shin et al.,[2003]; Thompson et al.,[2004],[2007],[2008]; Maekawa et al.,[2005]; Thomas et al.,[2007]; Fedtsova et al.,[2008]). Причина сохранения экспрессии в зрелых клетках, в частности в ЦНС, запутана. Исходя из местоположения, клетки д. иметь особую сигнатуру комбинационной генной экспрессии, которая и предопределяет их уникальные качественные особенности, а значит и их функцию. Мы предполагаем, что Pax гены являются одними из многих ключевых регуляторов измеряемых клеточных реакций или отсутствия таковых, на динамическое окружение. Подтверждают это многочисленные наблюдения, показывающие, что; (1) во время раннего развития экспрессия Pax концентрируется регионально в ответ на усиление средовых сигналов, и позднее в специфических субпопуляциях дифференцирующихся клеток в ответ на локальные сигналы (Monsoro-Burq et al.,[1996]; Tanabe and Jessell,[1996]; Ericson et al.,[1997]; Marcelle et al.,[1999]; Timmer et al.,[2002]; Taneyhill and Bronner-Fraser,[2005]), (2) экспрессия Pax обычно продолжается в клетках предшественниках во взрослых тканях, характеризующихся своей способностью отвечать на средовые сигналы (Seale et al.,[2000],[2003]; Kohwi et al.,[2005]; Lang et al.,[2005]; Maekawa et al.,[2005]), (3) взрослые дифференцированные клетки повторно экспрессируют Pax гены, если им необходимо реагрировать на средовые сигналы (Kioussi et al.,[1995]; Imgrund et al.,[1999]; Thomas et al.,[2007]), (4) Pax гены происходят от общего родоначального гена и поэтому обладают остаточной общей функцией (Balczarek et al.,[1997]), и (5) большинство идентифицированных генов мишеней для Pax транскрипционных факторов участвуют в модуляции клеточной чувствительности к стимулам (Bernier et al.,[2001]; Bouchard et al.,[2005]; McCann et al.,[2007]; Wang et al.,[2007]; White and Ziman,[2008]).

Pax EXPRESSION DURING DEVELOPMENT


Т.к. Pax гены экспрессируются повсюду в эмбрионе, поэтому большинство из них участвуют в формировании паттерна ЦНС, в развитии нервной трубки/ЦНС , поэтому Pax гены являют собой прекрасный пример функции - координации клеточных реакций на регионально секретируемые факторы, что ведет к продукции соответствующим образом расположенных и дифференцированных типов клеток (Chalepakis et al.,[1993]; Stoykova and Gruss,[1994]; Tanabe and Jessell,[1996]). Традиционно паттерны ограниченной дорсо-вентральной экспрессии Pax генов с самых ранних стадий образования нервной трубки, детерминируют клеточные судьбы клеток нервной трубки. В частности, дорсальные типы клеток, как полагают, детерминируются с помощью Pax3 и Pax7 в ответ на секрецию bone morphogenetic protein (BMP) из лежащей поверх эктодермы и roof пластинки, а более вентральные типы клеток с помощью Pax6 в ответ на секрецию Sonic Hedgehog (Shh) из хорды и донной пластинки (Jostes et al.,[1990]; Stoykova and Gruss,[1994]; Mansouri et al.,[1996a]; Monsoro-Burq et al.,[1996]; Tanabe and Jessell,[1996]; Ericson et al.,[1997]; Kawakami et al.,[1997]; Mansouri and Gruss,[1998]; Lee et al.,[2000]; Timmer et al.,[2002]; Bel-Vialar et al.,[2007]).
Посегментная экспрессия Pax генов в ответ на секретируемые локальные сигналы (BMPs дорсально и Shh вентрально) продолжается и когда головной мозг дифференцируется из нервной трубки. Pax3 и 7 предопределяют область дорсального мезэнцефалона (среднего мозга) (Nomura et al.,[1998]; Matsunaga et al.,[2001]), Pax6 - вентральную часть мезэнцефалона и переднего мозга (Stoykova and Gruss,[1994]). Pax2 и 5 специфицируют зачаток среднего мозга (Schwarz et al.,[1999]) а позднее Pax2, 5 и 8 координируют формирование границы между средним и задним мозгом вместе с секреторным фактором FGF8 (Lun and Brand,[1998]; Schwarz et al.,[1999]; Picker et al.,[2002]).
Т.к. локальные индуктивные стимулы становятся более ограниченными во время боле поздних стадий развития ЦНС, то паттерны экспрессии Pax меняются с регион-специфических на клеточно-специфические. Напр., Pax6 экспрессируется в дифференцирующихся нервных клетках оптического пузырька (Stoykova and Gruss,[1994]) в ответ на локальные сигналы от лежащей поверх эктодермы (Bailey et al.,[2004]), тогда как экспрессия Pax7 сохраняется в дорсальных tectal/collicular нейронах (Jostes et al.,[1990]; Kawakami et al.,[1997]; Thompson et al.,[2004],[2007],[2008]; Thomas et al.,[2007]), а Pax3 обнаруживается в Bergmann глие и клетках, окружающих клетки Пуркинье (Stoykova and Gruss,[1994]).
Pax мутанты также проливают свет на онтогенетическую важность Pax генов в регуляции клеточной чувствительности, а в присутствии неизмененных региональных сигналов экспрессирующие Pax-клетки, которые лишены функциональных Pax генов. неспособны дифференцироваться в специфические субтипы. Напр., Pax2 нулевые мутантны рыбок данио noi неспособны формировать isthmus (Brand et al.,[1996]), тогда как Pax3 мутанты обнаруживают серьёзные дефекты нервного гребня и нервной трубки/ЦНС (Auerbach,[1954]; Wildhardt et al.,[1996]) , а Pax5 нокаутные мыши обнаруживают дефекты в области средний-задний мозг (Urbanek et al.,[1994],[1997]). Сходным образом, Pax6 мутанты характеризуются тяжелыми дефектами в развитии переднего мозга и формировании глаз (Hill et al.,[1991]; Jordan et al.,[1992]; Callaerts et al.,[1997]; Mastick et al.,[1997]; Niimi et al.,[1999],[2002]) тогда как Pax7 нокаутные мыши обладают черепно-лицевыми дефектами (Hill et al.,[1996]; Mansouri et al.,[1996b]). Хотя исследования гипоморфных мутант ов начинают выявлять способ действия Pax генов, более ранние исследования мутантных Pax животных были до некоторой степени затушеваны за счёт компенсации экспрессии др. членов семейства Pax и вряд ли можно полностью охарактеризовать роль индивидуальных Pax генов (Relaix et al.,[2004]; Zhou et al.,[2008]).
Динамичные пространственно-временные паттерны экспрессии привели к давно устоявшейся догме, что гены Pax играют двухфазную роль во время развития WYC? а именно в регионализации, сопровождаемой дифференцировкой (Stoykova and Gruss,[1994]; Kawakami et al.,[1997]). Однако механизм, который подтверждал бы эту гипотезу, ещё не установлен, также как не исследована постоянная экспрессия Pax генов во взрослых тканях, как в так и вне ЦНС. Здесь после переоценки паттернов экспрессии, особенно во взрослых тканях, где Pax гены экспрессируются как в клетках предшественниках, так и дифференцированных клетках, и в результате анализа нижестоящих генов мишеней, мы продвинули вперед более подходящую парадигму, что Pax гены играют ключевую роль в способности клеток, их экспрессирующих, отвечать на локальные регион-специфичные сигналы. Если предполагаемый механизм действия генов Pax правилен и если экспрессия Pax делает соотв. клетки чувствительными к их окружению, то функция Pax д. сопровождать клетки через всё разнообразие функциональных исходов, которые предопределяются разными пространственными и временными сигналами.

Pax EXPRESSION IN PROGENITOR CELLS OF ADULT TISSUE


Подобно их онтогенетическим аналогам клетки предшественники, которые остаются во взрослых тканях запрограммированы отвечать соотв. образом на на измененные средовые сигналы, которые возникают в ответ травмы тканей или болезни. Популяции клеток предшественников проводят большую часть своей жизни в неопределенном состоянии молчания, ожидая активирующих сигналов, которые приведут их к асимметричной пролиферации и продукции потомства. способного или дифференцироваться или снова молчать. Безусловно, клетки предшественники в зрелых тканях, которые отвечают на локальные средовые сигналы и приобретают пролиферативную, анти-апоптическую способность и часто мультипотентную дифференцировку, обычно экспрессируют Pax гены (Seale et al.,[2000]; Asakura et al.,[2001]; Collins et al.,[2005]; Hack et al.,[2005]; Lang et al.,[2005]; Bel-Vialar et al.,[2007]). Мы показали, что эти свойства преимущественно принадлежат клеткам предшественникам взрослых тканей благодаря функции Pax.
Во взрослой ЦНС, напр., экспрессия Pax6 продолжается в клетках предшественниках subventricular (SVZ) и subgranular germinal центров. Новые нейроны, продуцируемые из этих предшественников, отвечают на митотические сигналы EGF, TGF, VEGF и NPY (Craig et al.,[1996]; Kuhn et al.,[1997]; Tropepe et al.,[1997]; Schanzer et al.,[2004]; Howell et al.,[2005]; Chiba et al.,[2007]). Большинство из этих клеток предшественников обычно экспрессируют Pax6 во время пролиферации с подавлением экспрессии после выхода из клеточного цикла и вступления в миграторную фазу (Kohwi et al.,[2005]; Maekawa et al.,[2005]). Субпопуляция этих клеток, однако сохраняет экспрессию Pax6, мигрирует из SVZ и постепенно заполняет обонятельные луковицы. Интересно, что когда Pax6-дефицитные нейробласты трансплантируются в SVZ взрослых мышей дикого типа, то они обладают сходной способностью к миграции и нейрональной дифференцировке, приводя к переключению судеб клеток и неспособности генерировать специфические dopaminergic подклассы (Kohwi et al.,[2005]). Т.о., экспрессия Pax6, по-видимому, является критической для сохранения состояния предшественника и для реакции на разное окружение для детерминации соотв. подклассов нейронов (Fig. 1).
Для дальнейшей разработки нашей теории мы интересовались и состоянием вне ЦНС. Хорошо изученный пример, скелетно-мышечные сателлитные клетки рассматриваются как архетипические, отвечающие клетки, которые остаются молчащими до тех пор, пока средовые стимулы не передадут сигналы для их активации. пролиферации и дифференцировки в новые миобласты (Fig. 2). Скелетно-мышечные сателлитные клети предетерминируются с помощью экспрессии Pax7 с самого начала их возникновения из дермомиотома и вплоть до начала их дифференцировки (Seale et al.,[2000],[2004]; Zammit et al.,[2002],[2004],[2006]; Oustanina et al.,[2004];). У Pax7-/- мышей количество сателлитных клеток драматически снижается (Seale et al.,[2000]) , а оставшиеся не реагируют соотв. образом на средовые сигналы, на что указывает 25-30% снижение пролиферации и заметное увеличение апоптоза и дефектов клеточного цикла (Relaix et al.,[2006]). Предопределенные экспрессировать Pax7 сателлитные клетки могут быть индуцированы in vivo и in vitro, чтобы дифференцироваться в альтернативные клоны, учитывая соотв. средовые стимулы (Asakura et al.,[2001]; Wada et al.,[2002]; Shefer et al.,[2004]; Morrison et al.,[2006]), тогда как форсированная экспрессиия Pax7 в происходящих из сателлитных клеток миобластах задерживает их дифференцировку (Zammit et al.,[2006]). Т.о., в случае скелетно-мышечных сателлитных клеток взрослых Pax7 является специфическим и критическим регулятором выживаемости. самообновления и пластичности в ответ на локальные средовые стимулы.
Стволовые клетки меланоцитов, происходящие из нервного гребня, ещё один пример Pax-экспрессирующих клеток предшественников, запрограммированных отвечать на изменения в тканевой среде взрослых. Расположенные в нише волосяного фолликула, клетки предшественники меланоцитов действуют сходным образом со скелетно-мышечными сателлитными клетками. Обычно молчащие, эти экспрессирующие Pax3 стволовые клетки воспринимают сигналы для повторного вступления в клеточный цикл после активации, связанной с повреждениями или нормальным циклом волос (Nishimura et al.,[2002]). После цитокинеза одна дочерняя клетка выходит из клеточного цикла и остается в нише, тогда как др. мигрирует в эпителий перед дифференцировкой (Nishimura et al.,[2002]; Blanpain et al.,[2004]). Фактически Pax3 предопределяет узловую точку в дифференцировке стволовых клеток меланоцитов; т.к Pax3 активирует меланогенный каскад посредством активации Microphthalmia-associated transcription factor (Mitf), одновременно он действует иерархически ниже, чтобы конкурировать с белком Mitf за обладание энхансером Dopachrome tautomerase (Dct) (Lang et al.,[2005]). Дифференцировка происходит в ответ на передачу сигналов Wnt- и β-catenin, которая смещает Pax3, делая возможной транскрипцию Dct. Т.о., ясно, что тонко контролируемый путь специфицирует развитие меланоцитов и что поддержание меланобластов в детерминированном, но не дифференцированном permissive состоянии детерминируется с помощью Pax3 и регулируется с помощью Wnt сигналами активированного β-catenin (Fig. 3; Lang et al.,[2005]).

Pax Expression and Re-expression in Adult Differentiated Cells


Т.к. гены Pax играют фундаментальную роль в регуляции чувствительности клеток предшественников в развивающихся и взрослых тканях, то наиболее ценная информация о роли Pax генов получена по результатам экспрессии и ре-экспрессии в окончательно дифференцированных клетках после повреждения или болезни (Table 1). Кстати, эта реакция наблюдается специфически в клетках, происходящих от тех, что экспрессируют Pax гены во время развития.
В ЦНС, напр., экспрессия Pax7 персистирует в субтипах дифференцированных tectal/superior collicular нейронах, которые остаются чувствительны е их окружению и обнаруживают повышенную экспрессию Pax7 во время иннервации зрительным нервом (Thomas et al.,[2006],[2007]; Thompson et al.,[2007]). Ещё большая сложность это наблюдаемая ре-экспрессия Pax7 в большом количестве superior collicular нейронов, ведущая к ре-активации сигналов онтогенетического ведения, таких как ephrin-A2 после дифференцировки зрительного нерва (Rodger et al.,[2001]; Thomas et al.,[2004],[2007]).
Сходным образом, экспрессия гена Pax6 сохраняется (или ре-экспрессируется) в дифференцированных клетках ретинальных ганглиев у низших позвоночных, наделяя этих животных пластичностью при постоянном росте и/или регенерации их зрительного нерва. Это резкий контраст к сетчатке взрослых млекопитающих, которая не обладает способностью осуществлять спонтанную регенерацию зрительного нерва и в которой большинство клеток ретинальных ганглиев не сохраняет экспрессии Pax6 (Ziman et al.,[2001]; Rodger et al.,[2006]).
После тщательного исследования стало очевидным, что экспрессия Pax сохраняется в дифференцированных клетках большинства тканей взрослых, в которых необходимо поддержание корректных тканевых характеристик и работоспособности (see Table 1). В целом клетки, которые однажды экспрессировали и в настоящее время экспрессируют Pax гены, могут сохранять чувствительность к избирательным средовым импульсам и реагировать способом, характерным с предполагаемой функцией Pax.

COMMON ANCESTRAL Pax GENE: ONE GENE, ONE FUNCTION?


Наблюдаемая способность многочисленных Pax генов управлять реакцией на изменения локальных условий демонстрирует консерватизм аппарата, с помощью которого Pax гены осуществляют (или, по крайней мере, строго связаны) механизм, посредством которого клетки пробуждаются в ответ на передачу сигналов независимо от типа клеток или состояния созревания (Tomarev et al.,[1996]; Callaerts et al.,[1999]). Следовательно, выявляется интригующая концепция одной свод образующей функции для множественных Pax генов. Pax гены возникли из одиночного родоначального гена за счет генных и/или хромосомных дупликаций во время ранней истории metazoan. Члены семейства Pax определяются по присутствию высоко консервативного в 128 аминокислот ДНК связывающего домена с 6 альфа спиралями (paired домен), и в большинстве случаев с полным или остаточным гомеодоменом (Balczarek et al.,[1997]). Домен paired кодирует paired-box (Balczarek et al.,[1997]). В самом деле, ДНК связывающий paired домен, который используют Pax белки для целенаправленного выбора генов остается высоко консервативным, а с консервацией этого домена консервируется и его функция. В то время как у высших позвоночных имеется 9 Pax генов у Drosophila их 10 (Bopp et al.,[1989]; Walther et al.,[1991]; Balczarek et al.,[1997]; Sun et al.,[1997]; Jun et al.,[1998]; Miller et al.,[2000]; Dominguez et al.,[2004]), простейшее многоклеточное животное placazoans (в частности, Trichoplax adhaerens) , которое лишено нервных и мышечных клеток и не обладает симметрией тела, имеет один Pax ген, возникший до появления нервной и мышечной системы, по-видимому, Pax белки могут грать функциональную роль более фундаментальную. чем спецификация гетерогенных типов клеток.
Существуют также убедительные доказательства функциональной эквивалентности белковых продуктов внутри группы паралогов Pax. Напр., мутации в гене Pax7 приводят к менее тяжелому фенотипу благодаря перекрыванию паттернов пространственно-временной экспрессии гена паралога Pax3 . Чтобы проверить эту возможность, Relaix с коллегами ([2004]) использовали целенаправленные делеции, чтобы вставить Pax7 кодирующую область в локус Pax3 , тем самым делетируя Pax3 и замещая его Pax7. Замещенный Pax7 аллель восстанавливал функцию Pax3 в сегментации сомитов, развитии epaxial и hypaxial дермомиотомов,закрытия нервной трубки и развития нервного гребня (Relaix et al.,[2004]), это привело авт. к заключению, что большинство функций Pax3 и Pax7 были ещё представлены в одиночном родоначальном Pax3/7 гене. Эта теория была подтверждена также позитивной регуляцией экспрессии Pax7 у гипоморфных Pax3 мыши (Zhou et al.,[2008]).
Сходным образом Pax5 миниген, вставленный в Pax2 локус достаточен для восстановления у Pax2-/- мышей фенотипа средний-задний мозг, который обычно представлен не сформированными задней частью среднего мозга и мозжечком (Bouchard et al.,[2000]). Эти исследования подчеркивают, что общая законсервированная функция сохраняется между генами паралогами Pax , однозначно указывая на генные дупликации. Т.о., примитивная роль, выполняемая Pax генами по координации сигналов для морфогенеза, перекрывает способность управлять самим процессом и предоставляет объяснение способности любого из одиночных Pax генов внутри разных типов клеток координировать клеточные реакции на эндогенные стимулы.

Pax DOWNSTREAM TARGETS


Любая теория о функции Pax не может быть завершена без исследования их непосредственных нижестоящих генов мишеней. Хотя большинство из них всё ещё неизвестны, но то что известно позволяет говорить о прямой роли в регуляции пластичности (чувствительности) клеток, экспрессирующих Pax. Недавняя идентификация мишеней для Pax7 делает особенно убедительной нашу гипотезу, т.к. многие гены, регулируемые с помощью Pax7, участвуют в клеточной чувствительности к средовым сигналам (Fig. 4; White and Ziman,[2006],[2008]). In vivo подходы, осуществленные во время эмбрионального развития мышей показали, что Pax7 нацелен на сложный массив рецепторных и внутриклеточных сигнальных путей, включая интегральные компоненты Ras-MAPK, JAK-STAT и calmodulin-зависимых сигнальных путей (White and Ziman,[2008]). Важно, что это отражение множественных исследований, касающихся роли Pax3 в регуляции рецепторов и компонентов сигнальных путей, таких как секреторный гликопротеин Wnt1 (Fenby et al.,[2008]), HGF / c-Met (Epstein et al.,[1996]; Mayanil et al.,[2001]; Relaix et al.,[2004]; Tomescu et al.,[2004]), c-RET (Lang et al.,[2000]; Lang and Epstein,[2003]), а также TGF-β (Barber et al.,[2002]) и TGF-2 (Mayanil et al.,[2006]). Множественные изоформы Pax3 ,как известно, также регулируют независимо пути передачи сигналов и реакции морфогенов посредством действия Shh функционального гомолога Dhh, Fgf17, Kitl и Rac1, чтобы контролировать клеточную дифференцировку и пролиферацию (Wang et al.,[2007]).
Способность регулировать передачу клеточных сигналов в ответ на средовые сигналы является свойством многих Pax белков. Напр., Necab стоит ниже Pax6 и является частью пути передачи сигналов, участвующих в развитии сетчатки (Bernier et al.,[2001]). Pax2 инициирует экспрессию Fgf8, isthmic organizer сигнал на границе между средним и задним мозгом, а также ключевые транскрипционные факторы среднего мозга En2 и Brn1 (Pou3f3); внутриклеточные сигнальные модификаторы Sef и Tapp1 (Bouchard et al.,[2005]) и GDNF (Brophy et al.,[2001]) также регулируются с помощью Pax2 , т.к. он является негативным регулятором передачи сигналов Wnt, SFRP2 (Brophy et al.,[2003]).
PAX5 контролирует клеточную адгезию, миграцию и дифференцировку pro-B клеток путем регуляции сигнальных путей на множественных уровнях. Нижестоящие гены мишени кодируют белки клеточной поверхности Cd19, Cr2 (CD21), Cd72, Cd791 (Ig) и Blnk, а также ядерные белки Vpreb3, Slamf6, Siglecg, Lcp2 и Prkd2 помимо др. (Nutt et al.,[1998]; Horcher et al.,[2001]; Schebesta et al.,[2002]). Фактически постоянная активность PAX5 необходима не только для поддержания соотв. путей передачи сигналов B клетками, но и для репрессии несоотв. сигнальных путей на всех стадиях созревания В клеток (Schebesta et al.,[2002]). Наконец, в щитовидной железе PAX8 обеспечивает TSH-индуцированную регуляцию дифференцировки и функции тироидных клеток за счет модуляции экспрессии ключевых генов, таких как те, что кодируют thyroglobulin, thyroperoxidase и sodium/iodide symporter NIS (Zannini et al.,[1992]; Fabbro et al.,[1998]; Ferretti et al.,[2005]). Т.о., становится очевидным, что защита, демонстрируемая нижестоящими мишенями. включает многие сигнальные трансдуцируемые агенты, которые предоставляют информацию о наблюдаемой чувствительности, принципиально связанной с клетками за счет экспрессии Pax.

SUMMARY


The exploitation of technical advances has allowed a more sophisticated analysis of biological function within complex systems, imparting a clearer understanding of the governance of biological complexity. This new, more detailed knowledge of the function of multiple Pax genes within different cell types points quite clearly to a fundamental property of Pax genes in the regulation of a discerning responsiveness of Pax-expressing cells to their local environment. The observation of altered Pax expression within adult differentiated cells in response to injury and that Pax-expressing progenitor cells are associated with regenerative adult tissue types upholds the concept that Pax genes are key regulators of cellular responsiveness to local cues for healing. The demonstration that Pax proteins of various species target genes with a functional repertoire as diverse as lineage determination, anti-apoptosis, morphogenesis, maintenance of the state of differentiation, and cell signaling indicates that the role played by Pax genes is not merely linked to cellular ontogeny or age, but rather to a capability to respond to, and therefore survive, a changing tissue environment. As these properties are shared by multiple Pax genes across phylogeny, it would tend to indicate that their function has an analogous feature similar to that of the ancestral gene - conference to the expressant cell of a highly regulated transcriptional response to its altered regional environment.

FUTURE DIRECTIONS


Here, we have attempted to provide a comprehensive overview of Pax gene function, and from this we synthesize the proposal that members of the Pax gene family in general are key regulators of a cell's response to a dynamic environment. As with all new concepts, several questions remain unanswered. First and foremost, how do we dissect the dynamic overarching function of a complex multigene family? In answering this question, the revolution in accessibility to genomic analysis of transcription factor function (both ChIP-chip and expression microarray datasets for different tissues at different stages) will certainly prove invaluable. Testing the data generated will certainly require the skilful use of conditional knockouts (even of multiple Pax genes) to dissect the physiological relevance of Pax gene function.
An important focus for future investigations will be to identify upstream regulators of Pax genes; Pax expression by means of these upstream regulators in specific tissue types and at specific developmental stages will allow the assessment of changes in morphology in response to expression patterns of Pax. Equally important, is continued identification of the downstream targets of Pax genes as dysregulation of downstream Pax targets, in turn, can be directly analyzed in Pax mutant animal models. These investigations, however, need to be carefully designed with paralogous Pax cross-regulation in mind and be interpreted with care, as Pax function is often dosage dependent (Zhou et al,[2008]).
Furthermore, investigations of Pax mode of function would not be complete without characterization of cofactors which participate with Pax proteins during target gene regulation. It is well known that differential regulation of specific target genes appropriate to the given tissue type / developmental stage context is often dependent on concise availability of binding cofactors. Analysis and manipulation of Pax binding cofactors may shed light on the mechanisms by which Pax7, for example, directs a cell along a neurogenic rather than a myogenic lineage in the midbrain.
Finally, it will be necessary to examine the extent to which Pax gene expression in adult tissue confers responsiveness to environmental cues. Future investigations along these lines could benefit from the use of conditional and hypomorphic animal models for comparison with healthy adult Pax expressant tissue, where differences in regeneration can be analyzed across a spectrum of Pax perturbation.
Сайт создан в системе uCoz