(Familia genelor “PAIRED BOX”)

 

 

Genele Pax codifica o familie de factori de transcriere din care multi au rol determinant in dezvoltarea animalelor. S-a caracterizat complementul genei Pax al coralului Acropora millepora, un cnidar anthozoar care ocupa o pozitie cheie in evolutia lumii animale. Astfel, la Acropora m. au fost identificate 4 gene Pax, Pax-Aam si Pax-Bam care corespund genelor identificate la alti cnidari si Pax-Cam si Pax-Dam unice pentru aceasta specie. Pax-Aam poate corespunde cu Pax-neuro de la Drosophila, iar Pax-Bam apartine indubitabil clasei Pax-2, 5, 8.

Domeniul Paired Pax-Bam cupleaza specific si preferential la locurile Pax-2, 5, 8. Pax-Cam poate corespunde genei Pax de la vertebratele ancestrale si foarte mult seamana cu Pax-6. Analiza structurii genomice a fiecarei gene Pax de la Acropora m. arata ca unele locuri procesate sunt plasate intre genele coralilor si intre acestea si genele Pax de la metazoarele triploblastice. Aceste date sustin monofilia familiei Pax indicandu-le originea ancestrala (1).

Gena Pax-6 este un alt membru al familiei genelor ce contin “paired box” (Pax), gena

ce codifica un activator transcriptional cu rol important in dezvoltarea sistemului nervos central (SNC). Diferentierea timpurie a SNC si neuroplasticitatea acestuia la adult sunt modulate de Pax-6. Ripitul functional inalt polimorfic AC/AG din regiunea 5’ reglatoare a genei Pax-6 , in cazul in care contine 29 sau mai multe ripituri, arata activitate semnificativ crescuta a promotorului, iar genotipul heterozigot releva nivele crescute de mRNA Pax-6 in tesutul cerebral uman. Variatia lungimii segmentului promotor reglator al genei Pax-6 (regiunea polimorfa Pax-6 LPR, Pax-6 gene-linked) confera susceptibilitate la epileptogeneza subtipurilor de epilepsie idiopatica generalizata (IGE). Totusi, distributia lui Pax-6 LPR nu difera semnificativ intre control si subiectii cu IGE; astfel nu se probeaza variatia lungimii secventelor polimorfe din Pax-6 LPR in patogenia subtipurilor de IGE (2, 3).

In dezvoltarea creierului soarecilor s-a demonstrat ca dupa structurarea in ziua a 15-a (E15) a circuitului neuronal major hipocampo-mamilar, in zilele a 17-a si a 18-a (E17, E18) se formeaza tractusul mamilo-tegmentar pentru ca in ziua a 20-a (E20) circuitul neuronal sa atinga si talamusul. Daca gena Pax-6 este mutanta, tractusul mamilo-tegmentar se dezvolta, dar nu si cel mamilo-talamic. Anticorpi anti-Pax-6 administrati soarecilor tip-salbatic induc un cluster de celule imunoreactive in jurul punctului de bifurcatie a principalului tract mamilar, agregat celular care poate stopa formarea normala a tractusurilor eferente ale corpilor mamilari (4). Reactivitatea lui Pax se constanta exclusiv in zona ventriculilor telencefalului in timpul perioadei fetale la soarecii normali . Gena are rol crucial in formarea cortexului cerebral intervenind in diferentierea si migrarea neuronilor (5).

Gena Pax-6 induce si dezvoltarea ectopica a ochilor sugerandu-se ca ar fi o gena master de control a morfogenezei acestora. Se presupune ca variatele tipuri de ochi din lumea animala ar deriva dintr-un prototip comun monofiletic, printr-un mecanism numit evolutie intercelulara (6). Gena este astfel un factor de transcriere reglator, secvential-specific al multor gene ale cristalinului, care contin box TATA. Gena Pax-6 poate interactiona cu proteine care cupleaza TATA, proteine ce sunt subunitati ce cupleaza DNA. De asemenea, gena Pax-6 interactioneaza si cu proteina Rb prin domeniul sau homeo (homeo-domain). In extractele din nucleul celulelor cristalinului exista dovada existentei Rb/Pax-6 si astfel, gena detine pe langa domeniul “paired” si un homeo-domeniu. Se conclude ca, Pax-6 cu proteina Rb intervine pe caile reglatoare ce controleaza diviziunea celulelor epiteliale ale cristalinului

(fibriforme), exprimandu-se in timpul dezvoltarii acestuia (7).

Cum mentionam, Pax-6 este un reglator cheie in dezvoltarea ochiului; ea codifica

doua tipuri majore de proteine care difera in structura domeniului paired, Pax-6 si Pax-6 (5a). Cresterea ratei Pax-6 (5a)/Pax-6 induce multiple defecte oculare la om. Hiperexpresia proteinei Pax-6 (5a) umana introdusa in cristalinul soarecilor transgenici duce la aparitia cataractei, ca anomalie in formarea celulelor fibriforme inclusiv ale capsulei cristalinului, ca si in relatiile intercelulare. In acelasi timp insa, structura scheletului de actina este normala. S-a masurat in cristalinele soarecilor transgenici cu cataracta, capacitatea de reglare directa a proteinelor trunchiate Pax-6 si Pax-6 (5a) si abilitatea lor de cuplare la DNA integrinelor, constatandu-se prezenta bateriilor de gene reglate direct sau indirect (8).

Liniile de soareci PD (cu Pax-5 trunchiata, lipsita de C-terminus, respectiv domeniul paired) plus HD (homeo-domeniu) exprima cataracte de variata severitate in partea posterioara nucleara si/sau corticala a cristalinului. La soarecii transgenici cu oricare din gena Pax-6 trunchiata cristalinele sunt mai mici si mai hidratate decat cele normale. Se conclude ca prezenta proteinei Pax-6 trunchiata in cristalin este suficienta pentru a induce cataracte intr-un mediu genetic tip- salbatec – desi sunt si alte numeroase mecanisme posibile (9).

Dupa lentectomie se constata existenta unei regiuni mai extinsa decat cea care regenereaza cristalinul ochiului de la Cynops sau Xenopus in care gena Pax-6 se exprima dominant. Dupa exprimarea acesteia urmeaza exprimarea genei Prox-1, in regiunea de regenerare a lentilei. Se presupune ca acelasi program ar exista si in constituirea lentilei embrionului. Dupa regenerare, expresia Pax-6 se restrange in regiunea dorsala (10).

La pui Pax-6 se exprima in zilele 3, 10, 17 ale dezvoltarii embrionare si la nivelul paturilor celulelor ganglionare si amacrine ale retinei si la 2-3 luni dupa eclozare. Pax-6 apare odata cu proliferarea diferitelor tipuri celulare din stratul ganglionar si nuclear intern dar isi exprima potentialul pe o perioada extinsa in retina puilor de 2-3 luni dupa eclozare (11).

Se apreciaza ca Pax-6 se exprima si in timpul regenerarii retinei la adultul de Cynops. Intr-o retina normala, gena actioneaza in zona marginala ciliara, partea interna a paturii nucleare interne si in stratul ganglionar .

Dupa indepartarea chirurgicala a retinei vizuale, celulele epiteliului pigmentar- sursa celulelor precursoare retiniene, celule care prolifereaza – regenereaza o retina deplin functionala. La inceputul regenerarii retinei Pax-6 se exprima in toate celulele precursoare. In acest stadiu expresia Pax-6 este localizata intr-o banda de celule de-a lungul marginii vitreale a retinei regenerate. In stadiul tarziu al regenerarii, cand straturile s-au constituit, modelul expresiei Pax-6 devine similar cu cel al retinei normale (12).

Deci, gena Pax-6 codifica un reglator transcriptional implicat in dezvoltarea ochilor.

In neuroretina, gena prezinta un promotor Po si P1, fiind reglata de un enhancer intragenic specific neuroretinei. Factorul Brn-36 care se exprima in variate regiuni ale creierului si retinei, interactioneaza cu enhancerul Pax-6, activand aceasta gena in celulele neuroretinei.

Se apreciaza astfel ca, activitatea genei Pax-6 este posibila numai in urma activarii de catre factorul de transcriere Brn-36 (13).

Factorii de transcriere Pax-4 si Pax-6 sunt reglatori cheie implicati in dezvoltarea si diferentierea celulelor pancreatice. La soareci clonarea genei Pax-4 a evidentiat prezenta a 10 exoni. Experimentele demonstreaza insa ca, in ciuda similaritatilor celor doua gene ele nu se pot substitui una pe alta in tesuturile unde actioneaza.

Se crede ca Pax-4 poate actiona ca un factor “supresor” al lui Pax-6 datorita competitiei pentru locurile de cuplare si datorita potentialului transcriptional mai scazut (14).

In insulele pancreatice s-a detectat expresia genei Pax-2 gena prezenta in doua

izoforme procesate alternativ, Pax-2A si Pax-2B. Pax-2 cu “paired-domain” din pancreasul endocrin ar interveni in reglarea expresiei genei glucagonului(15).

In concluzie, genele Pax codifica o familie de factori de transcriere inalt conservati,

cu rol cheie in reglarea dezvoltarii vertebratelor. Mutatiile in Pax-6 induc defecte oculare la muste, soareci si om, iar expresia sa ectopica poate determina aparitia ochilor ectopici compusi. De asemenea, mutatiile in alte gene Pax pot determina la muste insuficienta in diferentiere. Astfel, genele Pax-1 cauzeaza defecte ale scheletului, Pax-2 – defecte renale, Pax-3 sau Pax-7 defectiuni in crestele neurale, Pax-4 defecte ale celulelor pancreatice beta, Pax-5 – defecte ale celulelor B, Pax-8 defecte ale tiroidei iar Pax-9 disturba structurarea dintilor.

Desi genele clasei Pax sunt reclamate pentru diferentierea normala a unor organe la vertebrate,ele nu directionaza dezvoltarea acestora.

Pax-8 are totusi un rol in formarea rinichilor pronefrotici embrionari la Xenopus, dar pentu aceasta gena reclama cofactori din care unul poate fi factorul de transcriere homeobox X lim-1. Expresia ectopica a fiecarei gene in parte are efect moderat in modelarea pronefrosului, in timp ce coexpresia Pax-8-lim-1 duce la dezvoltarea rinichiului de 5 ori mai rapida. Acest efect este mai curand sinergic decat aditiv. Deci, Pax-8 cu lim-1 actioneaza intr-o treapta timpurie in constituirea primordiului pronefrosului pentru ca ulterior dezvoltarea acestuia sa fie sustinuta de Pax-2 cu lim-1 (16).

 

 

 

Gena PAX

(Summary)

Pax-6 gene point out some considerable roles among its intervention in central nervous system regarding neurons’ migration in the time of cerebral cortex formation and also in epilepsy. Another essential regulator role is in the eye morphogenesis and evolution, because its alteration leads to abnormally lens development and finally, to cataracte apparition. The gene intervenes in the formation and regeneration of neuroretine and also in embryonic kidney development. The Pax-6 gene can acts synergic or in competition with Pax-4 gene.

The transcriptional factors of Pax genes family were discovered in lower Methazoas, the reason for they are considered ancestral genes, indispensable for animal development.