Pax3 and Regulation of the Melanocyte-specific Tyrosinase-related Protein-1 Promoter
- 1. Bilkent University
- 2. Marie Curie
Description
Previous work has established that the melanocyte-specific tyrosinase-related protein-1 (TRP-1) promoter is regulated positively by the microphthalmia-associated transcription factor Mitf, acting through the conserved M box and negatively by the T-box factor Tbx2, which can bind two "melanocyte-specific elements" termed the MSEu and MSEi. Both the MSEu and MSEi, which share a 6-base pair GTGTGA consensus, are also recognized by a previously unidentified melanocyte-specific factor, MSF. Here we show using a combination of DNA binding assays, proteolytic clipping, and anti-Pax3 antibodies that MSF is indistinguishable from Pax3, a paired homeodomain transcription factor implicated genetically in melanocyte development and the regulation of the Mitf promoter. Consistent with Pax3 being able to bind the TRP-1 promoter, Pax3 is expressed in melanocytes and melanomas, and TRP-1 promoter activity is up-regulated by Pax3. The results identify a novel role for Pax3 in the expression of TRP-1, and the potential role of Pax3 in the melanocyte lineage is discussed. Previous work has established that the melanocyte-specific tyrosinase-related protein-1 (TRP-1) promoter is regulated positively by the microphthalmia-associated transcription factor Mitf, acting through the conserved M box and negatively by the T-box factor Tbx2, which can bind two "melanocyte-specific elements" termed the MSEu and MSEi. Both the MSEu and MSEi, which share a 6-base pair GTGTGA consensus, are also recognized by a previously unidentified melanocyte-specific factor, MSF. Here we show using a combination of DNA binding assays, proteolytic clipping, and anti-Pax3 antibodies that MSF is indistinguishable from Pax3, a paired homeodomain transcription factor implicated genetically in melanocyte development and the regulation of the Mitf promoter. Consistent with Pax3 being able to bind the TRP-1 promoter, Pax3 is expressed in melanocytes and melanomas, and TRP-1 promoter activity is up-regulated by Pax3. The results identify a novel role for Pax3 in the expression of TRP-1, and the potential role of Pax3 in the melanocyte lineage is discussed. tyrosinase-related protein-1 in vitro transcribed/translated melanocyte-specific factor The development of the melanocyte lineage presents a fascinating opportunity to analyze the complex interplay between signal transduction pathways and transcription factors, which underlies development. Because melanocytes are not essential for viability and variations in pigmentation are obvious (1Silvers W.K. The Coat Colors of Mice. Springer-Verlag, New York1979Crossref Google Scholar), over 70 independent genetic loci have been implicated in the development or function of these melanin-producing cells. Of the 20 or so that have been cloned to date, some, such as the genes encoding tyrosinase or tyrosinase-related protein-1 (TRP-1),1 have a clearly defined function in the genesis of pigment. On the other hand, genes such as the endothelin B (2Baynash A.G. Hosoda K. Giaid A. Richardson J.A. Emoto N. Hammer R.E. Yanagisawa M. Cell. 1994; 79: 1277-1285Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (838) Google Scholar, 3Puffenberger E.G. Hosoda K. Washington S.S. Nakao K. de Wit D. Yanagisawa M. Chakravart A. Cell. 1994; 79: 1257-1266Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (804) Google Scholar, 4Hosoda K. Hammer R.E. Richardson J.A. Baynash A.G. Cheung J.C. Giaid A. Yanagisawa M. Cell. 1994; 79: 1267-1276Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (905) Google Scholar) and c-Kit receptors (5Nocka K. Majumder S. Chabot B. Ray P. Cervone M. Bernstein A. Besmer P. Genes Dev. 1989; 3: 816-826Crossref PubMed Scopus (419) Google Scholar), and the microphthalmia (6Hodgkinson C.A. Moore K.J. Nakayama A. Steingrimsson E. Copeland N.G. Jenkins N.A. Arnheiter H. Cell. 1993; 74: 395-404Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (959) Google Scholar, 7Tassabehji M. Newton V.E. Read A.P. Nat. Genet. 1994; 8: 251-255Crossref PubMed Scopus (580) Google Scholar, 8Moore K.J. Trends Genet. 1995; 11: 442-448Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (202) Google Scholar), Sox10 (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.-O. Puliti A. Herbarth B. Hermans-Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton-Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998; 18: 171-173Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar, 10Southard-Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998; 18: 60-64Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), and Pax3 (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) transcription factors have been implicated in the developmental pathway leading to the genesis of the mature pigment-producing melanocyte from a nonpigmented melanoblast precursor cell originating in the trunk neural crest. Particularly interesting are mutations affecting the Pax3-paired homeodomain transcription factor, exemplified by the splotch allele (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar), which expresses a truncated Pax3 protein. Although splotch homozygotes die in utero, heterozygous splotch mice exhibit pigmentation defects resulting from the loss of a proportion of the melanoblasts migrating away from the neural crest. The loss of melanocytes in splotch mice may be explained by the fact that Pax3 has recently been shown to activate expression from the promoter for the gene encoding the microphthalmia-associated basic helix-loop-helix-leucine zipper transcription factor (Mitf) (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998; 18: 283-286Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar); mice devoid of functional Mitf lack all pigment cells, and a decrease in Mitf levels resulting from monoallelic loss of Pax3 would account for the pigmentation defect exhibited by splotch mice. The ability of Pax3 to regulate expression of Mitf is paralleled by the role of Pax3 in skeletal muscle formation where it is required for expression of the basic helix-loop-helix transcription factors MyoD, Myf-5, and myogenin (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997; 89: 127-138Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar, 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar), which play essential roles in myogenesis. The role of Pax3 in regulating mitf expression, and consequently melanocyte development, appears to be relatively well defined, however, it is not known whether Pax3 might also play a role in differentiation of melanocytes as characterized by the expression of the genes involved in the manufacture of the pigment melanin, a process specific to this cell type. We have previously characterized the cis-acting requirements for expression of the human tyrosinase and mouse TRP-1 promoters (15Bentley N.J. Eisen T. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 7996-8006Crossref PubMed Scopus (429) Google Scholar, 16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 17Lowings P. Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1992; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar). Both promoters are dependent on the activity of Mitf, which acts through an initiator E box in the tyrosinase promoter (15Bentley N.J. Eisen T. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 7996-8006Crossref PubMed Scopus (429) Google Scholar) as well as via the highly conserved M box element (17Lowings P. Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1992; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar, 18Aksan I. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 6930-6938Crossref PubMed Scopus (183) Google Scholar) present in the promoters for the tyrosinase, TRP-1 and TRP-2 genes. TRP-1 expression is also regulated by two additional elements with the sequence GTGTGA termed the MSEu and MSEi, which appear to act as strong negative regulatory sequences (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar). Both the MSEu and MSEi are recognized by an unidentified factor termed MSF. However, point mutational analysis revealed that binding by MSF did not correlate to repression of the TRP-1 promoter, but rather may be involved in positive regulation of TRP-1 expression (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Instead, repression appears to correspond to binding by Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar), a member of the T-box transcription factor family (20Smith J. Curr. Opin. Genet. Dev. 1997; 7: 474-480Crossref PubMed Scopus (115) Google Scholar, 21Papaioannou V.E. Silver L.M. Bioessays. 1998; 20: 9-19Crossref PubMed Scopus (271) Google Scholar) expressed in melanoblasts and melanocytes. If Tbx2 acts as the repressor of TRP-1, the question remained as to the nature of MSF. Here we demonstrate, using a combination of proteolytic clipping and DNA binding assays that MSF is in fact Pax3. Moreover we demonstrate that Pax3 can activate TRP-1 expression in transfection assays and that Pax3 is expressed in melanocytes and melanomas. Thus Pax3, which plays an essential role early in melanocyte development, also regulates a marker of melanocyte differentiation, TRP-1. The mouse melanoma cell line, B16, was grown in RPMI 1640 with 10% fetal calf serum. Transfections were performed using Fugene reagent (Roche Molecular Biochemicals), according to the manufacturer's instructions. Cells were plated at 1 × 104/24 wells/plate 24 h before transfection. A total of 600 ng of DNA was mixed with 1 μl of Fugene in 60 μl of serum-free medium, left for 15 min at room temperature, and then added to the cells. 48 h post-transfection, cells were washed 2 times with cold phosphate-buffered saline and harvested using 100 μl of lysis buffer (100 mm potassium phosphate, pH 7.8, 0.2% Triton X-100, 1 mmdithiothrietol). Luciferase assays were performed using the Promega luciferase assay system with 20 μl of cell extract according to the manufacturer's instructions. Luciferase activity was detected using a microplate luminometer apparatus (MicroLumat Plus, EG&G Berthold). All transfections were repeated using different amounts of DNA, and pCH110 containing the SV40 promoter driving expression of a LacZ reporter was used as an internal control for transfection efficiency (1 μg/transfection). The parental plasmid used for all luciferase assays was the pGL3-Basic vector (Promega). The TRP-1 promoter (−336/+114) and its mutated form LS-MSEu, described previously (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar), were subcloned as Xba I/Hin dIII fragments into the pGL3 vector (Nhe I/Hin dIII). The MSEi.M3 mutant was isolated in three steps by polymerase chain reaction-based mutagenesis and was cloned as an Xba I/Hin dIII fragment in the pGL3 vector. Details of the precise cloning strategy used are available on request. The band shift assays were performed in a final volume of 20 μl containing HEPES (pH 7.9), 10% glycerol, and 112 mm KCl. Nuclear extracts were prepared as described previously (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). In vitro transcribed/translated (ITT) protein was made according to the manufacturer's instructions (Promega TNT T7 Quick Coupled transcription). Nuclear extracts or ITT Pax3 were preincubated at 0 °C with 1 μg of poly(dIdC·dIdC) for 10 min before the addition of 10, 50, or 250 ng of cold competitor DNA. After a further incubation period of 10 min, approximately 0.5 ng of oligonucleotide probe, labeled at each end by filling in 5′ overhangs with Klenow polymerase and the appropriate [α-32P]dNTP, was added to the reaction for a further 20 min before loading onto an 8% polyacrylamide gel (44:1 acrylamide/bisacrylamide ratio) and electrophoresis at 200 V for 1.5 h. The sequences of double-stranded oligonucleotides used as probes are as follows: MSEi, 5′-ctagaGAATTCACTGGTGTGAGAAGGGATTAGTt-3′; MSEu, 5′-ctagaAAAGCTAACAGAAAATACAAGTGTGACATTt-3′; Pax3, 5′-ctagaCACCGCACGATTAGCATCGTCACGCTTCAG-3′. Competitor sequences are described in the figures. Proteolytic clipping (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988; 7: 4221-4229Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar, 23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding C.R. Oncogene. 1995; 11: 2157-2164PubMed Google Scholar) was achieved by adding 10, 100, or 1,000 ng of trypsin or chymotrypsin, or V8 protease to the standard band shift reaction after 10 min of incubation with the probe and were loaded to the gel after a further 10 min of incubation at room temperature. The specific anti-Pax3 antibody used in this study has been described previously (24Lam P.Y. Sublett J.E. Hollenbach A.D. Roussel M.F. Mol. Cell. Biol. 1999; 19: 594-601Crossref PubMed Scopus (97) Google Scholar) and was a kind gift from Dr. Martine Roussel (St. Jude Children's Research Hospital, Memphis, TN). In addition to the M box, the TRP-1 promoter is regulated by the MSEu and MSEi elements, which share a GTGTGA motif (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). This sequence is recognized both by the T-box factor Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar) and by a factor found in all melanocyte and melanoma cell lines tested termed MSF (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). It was essential to establish the identity of MSF if the regulation of TRP-1 was to be understood. As a first step, we examined the precise requirements for sequence recognition by MSF by using a series of oligonucleotides (Fig.1 A) bearing specific substitutions in the MSEu and MSEi elements. These oligonucleotides were used as competitors in DNA binding band shift assays using either an MSEu or MSEi probe. Using an MSEu probe, and B16 melanoma cell nuclear extract, a specific complex corresponding to MSF was observed as described previously (Fig. 1 B). MSF binding was efficiently competed by the MSEu and also by the MSEi. A point mutation, pm1, affecting the first base of the GTGTGA motif severely reduced binding by MSF. Binding was essentially abolished by mutations at positions 3 and 4 of the MSEu (pm3 and pm4, respectively), and severely reduced (at least 25-fold) using pm2, pm5, and pm6, in which bases 2, 5, and 6 of the MSEu are mutated. Thus, mutation of any of the bases within the MSEu severely reduces binding by MSF. We next examined more precisely the requirements for binding the MSEu by using competitors in which specific residues were substituted by methylated bases or inosine (Fig. 1 C). In the MSEu.CI competitor, each T residue is substituted with a C residue, whereas the inosine substitutes for A. The result is a mutant MSEu in which specific changes have been introduced into the major groove, although leaving the minor groove unchanged. Given the severity of the changes to the major groove, we might have expected the MSEu.CI site not to bind MSF. However, MSF retained the ability to bind the MSEu.CI oligonucleotide but around 5-fold less efficiently than the wild type MSEu. In contrast binding to an MSEu in which each G residue was methylated (MSEu.mG) reduced MSF binding by more than 25-fold, indicating that the presence of methyl groups in the major groove of the top strand severely affected binding by MSF. Surprisingly, on the other hand, methylation of two C residues on the bottom strand (MSEu.mC), failed to affect binding by MSF. Taken together these data provide an indication that MSF binds asymmetrically in the major groove with the presence of methyl groups on the top strand preventing DNA binding, whereas methyl groups on the bottom strand have no effect. Using the MSEi as a probe (Fig. 1 D), we were also able to show that a similar substitution of T with C, and A with inosine within the MSEi (MSEi.CI), had only a minor effect on binding by MSF. As with the MSEu probe, binding by MSF to the MSEi was also efficiently competed by an oligonucleotide where two C residues on the bottom strand were methylated (MSEu.mC) and where a 3′-flanking C residue was methylated (MSEu.mC2). The results obtained for binding to the MSEi probe are therefore entirely consistent with those obtained using the MSEu probe. The data obtained for the MSEu suggested that MSF bound asymmetrically within the major groove and that each base within the MSEu was essential for MSF binding. We have previously described a mutation of the TRP-1 promoter in which 4 bases within the MSEi are altered (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). This mutation, termed LSMSEi, results in up to an 80-fold increase in TRP-1 promoter activity in either melanoma or melanocyte cell lines (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar). Consistent with Tbx2 acting as a repressor of TRP-1 expression, Tbx2 is unable to bind the LSMSEi mutant (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar). In contrast, binding by MSF is relatively efficient, being only around 5-fold reduced compared with a wild type MSEi (Fig.2). The result was surprising, because although each base of the MSEu was important for MSF binding, mutation of 4 bases within the MSEi failed to affect binding by MSF more than 5-fold. One possible explanation was that binding to the MSEi required sequences outwith the core GTGTGA motif. In an attempt to identify any such auxiliary binding site, we introduced additional mutations into the core MSEi GTGTGA motif as well as the flanking sequences. The mutants used are shown in Fig.3 A, and the results of the DNA binding assays obtained using these mutant forms of the MSEi as competitors is shown in Fig. 3 B. As shown above, binding of MSF to the MSEi is competed by the LSMSEi mutant around 3–5-fold less efficiently than the wild type MSEi. Introduction of mutations into sequences 5′ to the GTGTGA motif (mutants M1 and M2) failed to affect binding by MSF. In contrast, mutation of an AT-rich sequence 3′ to the MSEi in mutant M3 resulted in greatly reduced MSF binding by around 25-fold, indicating that this region may represent the anticipated auxiliary MSF recognition element. Mutation of the first 2 bases of the MSEi in mutant M4 reduced binding by around 3-fold, whereas a mutation affecting the same bases together with the 3 bases immediately 3′ to the GTGTGA motif again inhibited binding by MSF by around 25-fold. However, the M6 mutant, which affects the 3′-flanking sequence alone, binds MSF with only around a 2-fold reduction in efficiency.Figure 3MSF binding to the MSEi. A, the sequences of the probes and competitors used with the MSEi overlined and mutations indicated as underlined lowercase letters. B, band shift assay using indicated probes and competitors at 10, 50, and 250 ng.View Large Image Figure ViewerDownload Hi-res image Download (PPT) In summary, the entire series of DNA binding assays would indicate that at the MSEu each base is important for binding with asymmetric recognition of the major groove, whereas at the MSEi, although bases within the GTGTGA motif are important, a significant contribution to binding is made at the 3′-flanking sequences, most notably by the AT-rich motif affected by the M3 mutation. This pattern of DNA recognition is extremely reminiscent of DNA binding by members of the paired homeodomain family, which play key regulatory roles during development (for review, see Ref. 25Dahl E. Koseki H. Balling R. Bioessays. 1997; 19: 755-765Crossref PubMed Scopus (319) Google Scholar). DNA recognition by the paired domain is complex, with different paired domains able to recognize different though related sequences. From the crystal structure of the Drosophila protein Prd (26Xu W. Rould M.A. Jun S. Desplan C. Pabo C.O. Cell. 1995; 80: 639-650Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (312) Google Scholar), it is nevertheless evident that the effects of mutations introduced into the MSEu would be consistent with recognition of this motif by a paired domain, whereas the homeodomain (27Wilson D.S. Guenther B. Desplan C. Kuriyan J. Cell. 1995; 82: 709-719Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (306) Google Scholar), which can cooperate in DNA binding with the paired domain (28Jun S. Desplan C. Development. 1996; 122: 2639-2650Crossref PubMed Google Scholar), would be able to target the AT-rich motif 3′ to the MSEi GTGTGA element. If MSF were indeed a member of the paired homeodomain family of transcription factors, the most likely candidate would be Pax3, which has been implicated genetically in the regulation of melanocyte development, both in Splotch mice (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) and in human Waardenburg syndrome type 1 (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992; 355: 635-636Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar,30Baldwin C.T. Hoth C.F. Amos J.A. da-Silva E.O. Milunsky A. Nature. 1992; 355: 637-638Crossref PubMed Scopus (415) Google Scholar). However, the genetic defect associated with loss of Pax3 might reflect loss of melanoblast precursor cells, rather than a specific failure of Pax3 to regulate gene expression after commitment to the melanocyte lineage. Moreover, although ectopic expression of Pax3 can regulate the Mitf promoter and bind the promoter in vitro, surprisingly, it had not previously been determined whether Pax3 is in fact expressed in cells of the melanocyte lineage. Thus, before attempting to determine whether MSF was related to Pax3, it was essential to establish that Pax3 was indeed expressed in melanocytes. We therefore performed a Western blot using the mouse melanocyte cell line melan-a, as well as the mouse B16 and human 501 melanoma cell lines and probed with a specific anti-Pax3 antibody. ITT Pax3 was used as a control. The results (Fig. 4) indicate that Pax3 is expressed in both the melanocyte and melanoma cell lines, but not in the unrelated 3T3 cell line, a result confirmed both by reverse transcription-polymerase chain reaction and Northern blotting (data not shown). 2Dot Bennett, St. George's Hospital Medical School, London, personal communication.The absence of Pax3 in 3T3 cells is in agreement with our previous work where MSF DNA binding activity was not detected in 3T3 cells (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). The additional faster migrating band observed using the B16 melanoma cell line may represent a degradation product of Pax3. The fact that Pax3 is expressed in melanocytes and melanoma cells added weight to the argument that MSF and Pax3 were related. Significantly, DNA binding site selection for high affinity Pax3 recognition sequences (31Chalepakis G. Gruss P. Gene. 1995; 162: 267-270Crossref PubMed Scopus (69) Google Scholar) identified a number of sequences with very strong homology to the MSEu or MSEi including for example AAGTGTGAC, identical to the MSEu over 9 base pairs, and an 8-base pair sequence identical to the MSEi, TGGTGTGA, which also was located a short distance upstream from an AT-rich element. Taken together with the fact that Pax3 is expressed in cells of the melanocyte lineage, the DNA binding data were consistent with MSF being Pax3. In addition, by using in vitro transcribed/translated Pax3 in a band shift assay (Fig. 5) together with the MSEu probe and competing with a selection of the oligonucleotides used to determine the DNA binding specificity of MSF shown in Fig. 1, it was evident that Pax3 and MSF recognized DNA in a very similar fashion. Thus for example, Pax3 could recognize both the MSEu and MSEi elements, was less affected by the pm2 mutation than the other point mutations in the MSEu, and bound the mC oligonucleotide but not the mG competitor, indicating that like MSF, DNA binding by Pax3 was differentially affected by methylation of the top or bottom strands of the MSEu binding site. We also used probes corresponding to either a consensus Pax3 binding site or the MSEu or MSEi elements to show that Pax3 could recognize the TRP-1 promoter sequences (Fig.6 A). No binding was observed using unprogrammed ITT reaction (not shown). We next chose to use an alternative approach to investigate more closely the identity of MSF. To this end, we made use of a proteolytic clipping assay that is used to identify highly related DNA-binding proteins (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988; 7: 4221-4229Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar) and has been used by us previously to identify the Brn-2 transcription factor in melanoma cells (23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding C.R. Oncogene. 1995; 11: 2157-2164PubMed Google Scholar). In this assay, nuclear extract or in vitro transcribed/translated protein is subjected to increasing concentrations of a proteolytic enzyme and specific cleavage products, which retain the ability to bind DNA are detected using a band shift assay and an appropriate radiolabeled probe. The pattern of DNA bound cleavage products obtained is highly specific for a given protein, being dependent not only on the precise position of specific protease cleavage sites in the primary amino acid sequence but also on their relative accessibility within the protein, which is dictated by the protein conformation. A specific pattern of DNA bound products is therefore diagnostic of a particular protein. To investigate the possibility that MSF and Pax3 were identical, we initially performed band shift assays using a consensus Pax3 binding site as probe and either ITT Pax3 or B16 cell nuclear extract to assess whether Pax3 DNA binding activity was present in B16 nuclear extract. After allowing the protein to bind the probe, the DNA binding reactions were treated with limited amounts of either trypsin, chymotrypsin, or V8 protease. The results obtained are presented in Fig. 6 B and demonstrate clearly that B16 nuclear extracts contain Pax3: first, the relative migration of the intact complex obtained using ITT Pax3 and B16 extract is identical; and second, the pattern of DNA binding complexes obtained following proteolytic treatment using any of the three proteases is identical when comparing ITT Pax3 to B16 extract. Because the results from the proteolytic DNA binding assays indicate that Pax3 is present in the B16 melanoma cell nuclear extracts, we next compared the pattern of bands obtained using a consensus Pax probe to those obtained using an MSEu probe together with B16 cell nuclear extract and chymotrypsin cleavage (Fig. 6 C). Again, the relative migration and pattern of both the intact and proteolytically cleaved bands obtained with the Pax and MSEu probes is identical, and the same as that obtained using ITT Pax3 (compare with Fig.6 B), strongly suggesting that the MSEu is recognized by Pax3. The specificity of this assay is highlighted by the fact that the highly related paired homeodomain factor Pax6 can bind the MSEi probe, but the Pax6 MSEi complex migrates differently from those containing MSF or Pax3, and moreover the V8 cleavage pattern is different for Pax6 (Fig. 6 D) but identical when using Pax3 or MSF. Taken together, the results obtained from the DNA binding and proteolytic clipping assays are consistent with MSF and Pax3 being identical. To confirm that MSF and Pax3 were indeed the same, we made use of the specific anti-Pax3 antibody used for the Western blot shown in Fig. 4, in a bandshift assay using either an MSEi or MSEu probe and B16 cell nuclear extract. The results shown in Fig.7 demonstrate that DNA binding by MSF to either probe was strongly inhibited by the anti-Pax3 antibody, but was unaffected using an anti-Mitf antibody that we have used in similar assays to inhibit binding by Mitf to the M box (not shown). Thus, both the proteolytic clipping assays as well as the antibody supershifts are consistent with MSF and Pax3 being identical. If MSF and Pax3 are the same, then we might expect Pax3 to regulate transcription from the TRP-1 promoter. To address this question, we transfected B16 melanoma cells with a TRP-1 luciferase reporter extending between −336 and +114 (Fig. 8 A) either alone or together with a vector expressing Pax3. The results obtained demonstrated that increasing the amount of Pax3 expression plasmid used in the transfection resulted in increasing TRP-1 promoter activity (Fig. 8 B) with up to 12-fold activation being achieved at the highest amount of Pax3 expression vector used. Activation of TRP-1 was specific because no activation of a tyrosinase-luciferase reporter was observed (Fig. 8 C), consistent with the fact that the tyrosinase promoter lacks binding sites for Pax3(MSF). To ask whether the MSEu or MSEi were required for activation by Pax3, we also used reporters in which the MSEu or MSEi had been mutated. Specifically, the MSEi mutation used was that affecting the auxiliary Pax3 recognition site, MSEi.m3, because this mutation does not affect binding by Tbx2; the MSEu mutant, LSMSEu, fails to bind either Pax3 or Tbx2 and was used, because we have yet to identify point mutations that distinguish between binding by these two proteins at the MSEu. In contrast to the wild type TRP-1 promoter, which was activated by Pax3, neither the MSEi.M3 nor the LSMSEu mutant was affected even at the highest doses of Pax3 expression vector (Fig. 8, D and E). We conclude that Pax3 can activate the TRP-1 promoter but that efficient activation appears to require both the MSEu and MSEi. Because Pax3 and Sox10, an HMG box protein, have been reported to activate transcription synergistically in glial cells (32Kuhlbrodt K. Herbarth B. Sock E. Hermans-Borgmeyer I. Wegner M. J. Neurosci. 1998; 18: 237-250Crossref PubMed Google Scholar) and because Sox10, as well as Pax3, is implicated in melanocyte development (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.-O. Puliti A. Herbarth B. Hermans-Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton-Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998; 18: 171-173Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar,10Southard-Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998; 18: 60-64Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), we also asked whether Sox10 expression could affect the activation of TRP-1 by Pax3. The TRP-1 luciferase reporter was transfected into B16 melanoma cells together with different ratios of vectors expressing Pax3 and Sox10. In no experiment were we able to observe any cooperativity between Pax3 and Sox10 on the TRP-1 promoter (data not shown). We have previously established that the TRP-1 promoter is regulated by a combination of positive and negative elements (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 17Lowings P. Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1992; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar). One positive element, the M box, is targeted by Mitf (33Yavuzer U. Keenan E. Lowings P. Vachtenhein J. Currie G. Goding C.R. Oncogene. 1995; 10: 123-134PubMed Google Scholar), whereas two additional elements, termed the MSEu and MSEi, are recognized by the T-box factor Tbx2 and a previously unidentified DNA-binding protein known as MSF (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar). If the regulation of the TRP-1 promoter was to be fully understood, it was important to establish the identity of MSF. Here we show, using a combination of proteolytic clipping and DNA binding assays as well as by using a specific anti-Pax3 antibody, that MSF and Pax3 appear to be identical, and Pax3 can up-regulate TRP-1 promoter activity in co-transfection assays. We also demonstrate for the first time that Pax3 is expressed in melanocytes and melanoma cells. Pax3 has already been identified genetically as playing an essential role in melanocyte development; mutations in Pax3 can give rise to the Splotch phenotype in mice (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) or Waardenburg's syndrome type-1 in humans (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992; 355: 635-636Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar, 35Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Patton M. Gruss P. Harris R. Strachan T. Nat. Genet. 1993; 3: 26-30Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 36Baldwin C.T. Lipsky N.R. Hoth C.F. Cohen T. Mamuya W. Milunsky A. Hum. Mutat. 1994; 3: 205-211Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Both Splotch and Waardenburg's syndrome type-1 are characterized by a partial loss of neural crest-derived melanocytes that may be accounted for, at least in part, by a requirement for Pax3 for the expression of the gene encoding Mitf (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998; 18: 283-286Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar). However, the ability of Pax3 to bind and activate the TRP-1 promoter suggests an additional role for Pax3 in the regulation of melanocyte differentiation. Although the MSEu and MSEi can act as negative regulatory elements, the experiments presented here suggest that Pax3 may function as a positive regulator of TRP-1 expression. For example, the LSMSEi mutation can result in up to an 80-fold increase in TRP-1 promoter activity (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar,34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar), but this mutation failed to affect binding by Pax3 more than around 5-fold, whereas transfection of a Pax3 expression vector resulted in increased expression from a reporter gene driven by the TRP-1 promoter. Consistent with Pax3 not being responsible for repression of the TRP-1 promoter in melanocyte or melanoma cell lines, previous point mutational analysis of the MSEu and MSEi demonstrated that recognition of the MSEu and MSEi by Tbx2 correlated with transcriptional repression (34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar). Taken together, these data suggest that at the MSEu and MSEi, Tbx2 may repress and Pax3 activate TRP-1 expression. In addition, although Tbx2 and Pax3 DNA binding specificity are distinct, for example Pax3 but not Tbx2 can bind the LSMSEi mutant, they clearly require overlapping sequences. As such it seems likely that binding by Pax3 and Tbx2 is mutually exclusive. What determines whether any given binding site is recognized by Pax3 or Tbx2 at any particular time will be determined by several factors including, the relative concentrations of each factor within the cell, and the nature of any regulation dictated by the activity of specific signal transduction pathways. At the moment, virtually nothing is known of the factors governing the activity or expression of either Tbx2 or Pax3. We have shown here that Pax3 is expressed in melanocytes as well as melanoma cell lines. Northern blot analysis2 has also established that Pax3 is expressed both in melanoblasts and in cells that have the characteristics of melanoblast precursors.TRP-1, and Mitf, on the other hand are expressed in both melanoblasts and melanocytes, but are not expressed before commitment to the melanocyte lineage. Thus during development, the expression of Pax3 alone is clearly insufficient to allow TRP-1 or Mitf to be expressed. Because Pax3 has also been demonstrated to up-regulate the Mitf promoter, some mechanism must operate to prevent Pax3 from inappropriately activating the Mitf and TRP-1 promoters in melanoblast precursor cells. One possibility is that in melanoblast precursor cells, Pax3 lacks an essential cofactor to enable it to activate transcription. Alternatively, because Pax3 has been shown to possess domains that mediate either transcription activation or transcription repression (37Chalepakis G. Jones F.S. Edelman G.M. Gruss P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1994; 91: 12745-12749Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar), it is also possible that Pax3 acts to repress transcription in pre-melanoblasts, but activates transcription after the transition to a melanoblast. Such a switch would require either that Pax3 is regulated by specific signal transduction pathways and/or that there is selective recruitment of co-factors to Pax3 to mediate its transcription activation/repression functions. Although it is not known how Pax3 is regulated, it has recently been shown that Pax3 can interact with HIRA, a factor implicated in chromatin modulation and a homologue of Saccharomyces cerevisiae transcriptional co-repressors (38Magnaghi P. Roberts C. Lorain S. Lipinski M. Scambler P.J. Nat. Genet. 1998; 20: 74-77Crossref PubMed Scopus (113) Google Scholar). This observation would suggest that one role of Pax3 is to organize the chromatin structure across Pax3 target promoters, though whether the interaction between Pax3 and HIRA results in a positive or negative regulation of transcription is unclear. It is also possible that it is the level of Pax3 expression per se that is the critical factor with the amount of Pax3 protein present in a cell needing to exceed a threshold before activation of the Mitf promoter can occur. This may be particularly relevant because melanoblasts express higher levels of Pax3 than melanoblast precursors.2 This situation appears to occur during muscle development where Pax3 is required for the expression of MyoD (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997; 89: 127-138Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar, 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). Particularly interesting is the observation that whereas cells derived from dissociated neural tube normally express Pax3, they are induced to undergo myogenesis by infection with a retrovirus expressing Pax3 (14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). This result suggests that the ability of Pax3 to induce myogenesis is normally suppressed by an inhibitor and that elevating Pax3 levels overcomes repression and leads to myogenesis. The nature of the repressor is unknown, but it may be that a similar mechanism operates to prevent Pax3 from inducing TRP-1 or Mitf expression in melanoblast precursor cells. Our future work will attempt to address this issue. We thank Dr. Michael Wegner for providing a Pax3 expression vector and Dr. Martine Roussel (St. Jude Children's Research Hospital, Memphis, TN) for the anti-Pax3 antibody. We also appreciate the gifts of 501 mel cells from Dr. Ruth Halaban, and the Pax6-expressing baculovirus vector from Dr. Penny Rashbass.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
أثبت العمل السابق أن مروج البروتين-1 (TRP -1) المرتبط بأنزيم التيروزيناز الخاص بالخلايا الصباغية يتم تنظيمه بشكل إيجابي من خلال عامل النسخ المرتبط بالميكروبات MITF، والذي يعمل من خلال صندوق M المحفوظ وسلبًا بواسطة عامل T - box Tbx2، والذي يمكن أن يربط "عنصرين خاصين بالخلايا الصباغية" يطلق عليهما MSEu و MSEi. كما يتم التعرف على كل من MSEu و MSEi، اللتين تشتركان في إجماع GTGTGA المكون من 6 قواعد، من خلال عامل خاص بالخلايا الصباغية لم يتم تحديده سابقًا، وهو منظمة أطباء بلا حدود. نظهر هنا باستخدام مزيج من مقايسات ربط الحمض النووي، والقصاصات البروتينية، والأجسام المضادة لـ Pax3 أن منظمة أطباء بلا حدود لا يمكن تمييزها عن Pax3، وهو عامل نسخ متجانس مقترن متورط وراثيًا في تطور الخلايا الصباغية وتنظيم مروج MITF. تمشيا مع قدرة Pax3 على ربط مروج TRP -1، يتم التعبير عن Pax3 في الخلايا الصباغية والأورام الصباغية، ويتم تنظيم نشاط مروج TRP -1 من قبل Pax3. تحدد النتائج دورًا جديدًا لـ Pax3 في التعبير عن TRP -1، ويتم مناقشة الدور المحتمل لـ Pax3 في سلالة الخلايا الصباغية. أثبت العمل السابق أن مروج البروتين-1 (TRP -1) المرتبط بأنزيم التيروزيناز الخاص بالخلايا الصباغية يتم تنظيمه بشكل إيجابي من خلال عامل النسخ المرتبط بالميكروبات MITF، والذي يعمل من خلال صندوق M المحفوظ وسلبًا بواسطة عامل T - box Tbx2، والذي يمكن أن يربط "عنصرين خاصين بالخلايا الصباغية" يطلق عليهما MSEu و MSEi. كما يتم التعرف على كل من MSEu و MSEi، اللتين تشتركان في إجماع GTGTGA المكون من 6 قواعد، من خلال عامل خاص بالخلايا الصباغية لم يتم تحديده سابقًا، وهو منظمة أطباء بلا حدود. نظهر هنا باستخدام مزيج من مقايسات ربط الحمض النووي، والقصاصات البروتينية، والأجسام المضادة لـ Pax3 أن منظمة أطباء بلا حدود لا يمكن تمييزها عن Pax3، وهو عامل نسخ متجانس مقترن متورط وراثيًا في تطور الخلايا الصباغية وتنظيم مروج MITF. تمشيا مع قدرة Pax3 على ربط مروج TRP -1، يتم التعبير عن Pax3 في الخلايا الصباغية والأورام الصباغية، ويتم تنظيم نشاط مروج TRP -1 من قبل Pax3. تحدد النتائج دورًا جديدًا لـ Pax3 في التعبير عن TRP -1، ويتم مناقشة الدور المحتمل لـ Pax3 في سلالة الخلايا الصباغية. البروتين المرتبط بالتيروزيناز-1 في المختبر الذي تم نسخه/ترجمته عامل محدد للخلايا الصباغية يقدم تطور سلالة الخلايا الصباغية فرصة رائعة لتحليل التفاعل المعقد بين مسارات نقل الإشارة وعوامل النسخ، والتي تكمن وراء التطور. لأن الخلايا الصباغية ليست ضرورية للحياة والاختلافات في التصبغ واضحة (1Silvers W.K. ألوان معطف الفئران. Springer - Verlag، New York1979Crossref Google Scholar)، أكثر من 70 موقعًا وراثيًا مستقلًا متورطًا في تطور أو وظيفة هذه الخلايا المنتجة للميلانين. من بين العشرين أو نحو ذلك التي تم استنساخها حتى الآن، فإن بعضها، مثل الجينات التي تشفر التيروزيناز أو البروتين المرتبط بالتيروزيناز-1 (TRP -1)، 1 لها وظيفة محددة بوضوح في نشأة الصباغ. من ناحية أخرى، فإن جينات مثل البطانة B (2Baynash AG Hosoda K. Giaid A. Richardson JA Emoto N. Hammer RE Yanagisawa M. Cell. 1994 ؛ 79: 1277-1285 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (838) باحث جوجل، 3Puffenberger مثل Hosoda K. Washington S.S. Nakao K. de Wit D. Yanagisawa M. Chakravart A. Cell. 1994 ؛ 79: 1257-1266 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (804) باحث جوجل، 4Hosoda K. Hammer RE Richardson JA Baynash A.G. Cheung J.C. Giaid A. Yanagisawa M. Cell. 1994 ؛ 79: 1267-1276 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (905) Google Scholar) ومستقبلات c - Kit (5Nocka K. Majumder S. Chabot B. Ray P. Cervone M. Bernstein A. Besmer P. Genes Dev. 1989 ؛ 3: 816-826 Crossref PubMed Scopus (419) Google Scholar)، والميكروفثالميا (6Hodgkinson C.A. Moore K.J. Nakayama A. Steingrimsson E. Copeland N.G. Jenkins N.A. Arnheiter H. Cell. 1993 ؛ 74: 395-404 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (959) Google Scholar، 7Tassabehji M. Newton V.E. Read AP Nat. Genet. 1994 ؛ 8: 251-255 Crossref PubMed Scopus (580) Google Scholar، 8Moore K.J. Trends Genet. 1995 ؛ 11: 442-448 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (202) Google Scholar)، Sox10 (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.O. Puliti A. Herbarth B. Hermans - Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton - Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998; 18: 171-173 Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar, 10Southard - Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998; 18: 60-64 Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), and Pax3 (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ؛ 67: 767-774 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) تورطت عوامل النسخ في المسار التنموي الذي أدى إلى نشأة الخلية الصباغية المنتجة للصباغ الناضجة من خلية سليفة للأرومة الصباغية غير مصطبغة نشأت في العرف العصبي الجذعي. من المثير للاهتمام بشكل خاص الطفرات التي تؤثر على عامل نسخ المجال المتماثل المقترن بـ Pax3، والذي يتجلى في أليل البقع (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ؛ 67: 767-774 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar)، والذي يعبر عن بروتين Pax3 مقتطع. على الرغم من أن البقع المتماثلة الزيجوت تموت في الرحم، إلا أن الفئران المتباينة الزيجوت تظهر عيوب تصبغ ناتجة عن فقدان نسبة من الخلايا الميلانينية المهاجرة بعيدًا عن العرف العصبي. يمكن تفسير فقدان الخلايا الصباغية في الفئران اللطخة من خلال حقيقة أن Pax3 قد ثبت مؤخرًا أنه ينشط التعبير من المروج للجين الذي يشفر عامل النسخ الأساسي للحلزون- الحلقة- الحلزون- اللوسين المرتبط بالميكروبات (MITF) (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998 ؛ 18: 283-286 Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar )؛ تفتقر الفئران الخالية من Mitf الوظيفية إلى جميع الخلايا الصبغية، وسيؤدي انخفاض مستويات Mitf الناتجة عن فقدان Pax3 أحادي الأليل إلى عيب التصبغ الذي تظهره الفئران اللطخة. تتوازى قدرة Pax3 على تنظيم التعبير عن الميتف مع دور Pax3 في تكوين العضلات الهيكلية حيث يكون مطلوبًا للتعبير عن عوامل النسخ الحلزونية الحلزونية الأساسية MyoD و Myf -5 و myogenin (13 Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997 ؛ 89: 127-138 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar، 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997 ؛ 89: 139-148 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar)، والتي تلعب أدوارًا أساسية في تكوين العضلات. يبدو أن دور Pax3 في تنظيم تعبير MITF، وبالتالي تطور الخلايا الصباغية، محدد جيدًا نسبيًا، ومع ذلك، فمن غير المعروف ما إذا كان Pax3 قد يلعب أيضًا دورًا في تمايز الخلايا الصباغية كما يتميز بالتعبير عن الجينات المشاركة في تصنيع الميلانين الصباغي، وهي عملية خاصة بهذا النوع من الخلايا. لقد وصفنا سابقًا متطلبات CIS - acting للتعبير عن مروجي التيروزيناز البشري والفأر TRP -1 (15Bentley NJ Eisen T. Goding C.R. Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 7996-8006 Crossref PubMed Scopus (429) الباحث العلمي من Google، 16 Yavuzer U. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) عالم جوجل، 17 Lowings P. Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1992 ؛ 12: 3653-3662 Crossref PubMed Scopus (130) الباحث العلمي من Google). يعتمد كلا المروجين على نشاط MITF، الذي يعمل من خلال صندوق البادئ E في مروج التيروزيناز (15Bentley N.J. Eisen T. Goding C.R. Mol. الخلية. Biol. 1994 ؛ 14: 7996-8006 Crossref PubMed Scopus (429) الباحث العلمي من Google) وكذلك عبر عنصر صندوق M المحفوظ للغاية (17Lowings P. Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1992 ؛ 12: 3653-3662 Crossref PubMed Scopus (130) عالم جوجل، 18Aksan I. Goding CR Mol. الخلية. Biol. 1998 ؛ 18: 6930-6938 Crossref PubMed Scopus (183) الباحث العلمي من Google) موجود في المروجين لجينات التيروزيناز و TRP -1 و TRP -2. يتم تنظيم تعبير TRP -1 أيضًا بواسطة عنصرين إضافيين مع التسلسل GTGTGA المسمى MSEu و MSEi، والذي يبدو أنه يعمل كمتواليات تنظيمية سلبية قوية (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) عالم جوجل، 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar). يتم التعرف على كل من MSEu و MSEi من قبل عامل غير محدد يسمى منظمة أطباء بلا حدود. ومع ذلك، كشف التحليل الطفري للنقطة أن الربط من قبل منظمة أطباء بلا حدود لا يرتبط بقمع مروج TRP -1، بل قد يشارك في التنظيم الإيجابي لتعبير TRP -1 (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google). بدلاً من ذلك، يبدو أن القمع يتوافق مع الربط بواسطة Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding CR Mol. الخلية. Biol. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar)، وهو عضو في عائلة عامل النسخ T - box (20Smith J. Curr. الرأي. جينيت. ديف. 1997 ؛ 7: 474-480 Crossref PubMed Scopus (115) الباحث العلمي من Google، 21Papaioannou V.E. Silver L.M. Bioessays. 1998 ؛ 20: 9-19 Crossref PubMed Scopus (271) Google Scholar) معبر عنها في الخلايا الصباغية والخلايا الصباغية. إذا كان Tbx2 يعمل كقمع لـ TRP -1، يبقى السؤال حول طبيعة منظمة أطباء بلا حدود. هنا نوضح، باستخدام مزيج من القصاصات المحللة للبروتين ومقايسات ربط الحمض النووي، أن منظمة أطباء بلا حدود هي في الواقع PAX3. علاوة على ذلك، نثبت أن Pax3 يمكنه تنشيط تعبير TRP -1 في فحوصات العدوى وأن Pax3 يتم التعبير عنه في الخلايا الصباغية والأورام الصباغية. وبالتالي، فإن PAX3، الذي يلعب دورًا أساسيًا في وقت مبكر من تطور الخلايا الصباغية، ينظم أيضًا علامة تمايز الخلايا الصباغية، TRP -1. نمت سلالة الخلايا الميلانينية للفأر، B16، في RPMI 1640 مع مصل العجل الجنيني بنسبة 10 ٪. تم إجراء عمليات النقل باستخدام كاشف فوجين (روش للكيماويات الحيوية الجزيئية)، وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة. تم طلاء الخلايا عند 1 × 104/24 بئر/صفيحة 24 ساعة قبل نقل العدوى. تم خلط ما مجموعه 600 نانوغرام من الحمض النووي مع 1 ميكرولتر من الفوجين في 60 ميكرولتر من الوسط الخالي من المصل، وتركت لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة، ثم أضيفت إلى الخلايا. بعد 48 ساعة من العدوى، تم غسل الخلايا مرتين بمحلول ملحي بارد مخزن بالفوسفات وحصادها باستخدام 100 ميكرولتر من المخزن المؤقت للتحلل (100 مم فوسفات البوتاسيوم، الرقم الهيدروجيني 7.8، 0.2 ٪ تريتون X -100، 1 ممديثوثيريتول). تم إجراء فحوصات لوسيفيراز باستخدام نظام فحص بروميغا لوسيفيراز مع 20 ميكرولتر من مستخلص الخلية وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة. تم الكشف عن نشاط لوسيفيراز باستخدام جهاز قياس الإضاءة الدقيق (MicroLumat Plus، EG & G Berthold). تم تكرار جميع عمليات النقل باستخدام كميات مختلفة من الحمض النووي، وتم استخدام pCH110 الذي يحتوي على معزز SV40 الذي يقود التعبير عن مراسل LacZ كعنصر تحكم داخلي لكفاءة النقل (1 ميكروغرام/نقل العدوى). كانت البلازميدات الأبوية المستخدمة في جميع فحوصات لوسيفيراز هي ناقلات pGL3 الأساسية (بروميغا). مروج TRP -1 (-336/+114) وشكله المتحور LS - MSEu، الموصوف سابقًا (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 تم استنساخ Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar)، كشظايا XBA I/HIN dIII في ناقل pGL3 (Nhe I/HIN dIII). تم عزل متحور MSEi.M3 في ثلاث خطوات بواسطة توليد الطفرات القائم على تفاعل البوليميراز المتسلسل وتم استنساخه كشظية XBA I/HIN dIII في ناقل pGL3. تتوفر تفاصيل استراتيجية الاستنساخ الدقيقة المستخدمة عند الطلب. تم إجراء فحوصات إزاحة النطاق في حجم نهائي قدره 20 ميكرولتر يحتوي على HEPES (الرقم الهيدروجيني 7.9)، و 10 ٪ جلسرين، و 112 مم كلوريد الكالسيوم. تم إعداد المستخلصات النووية كما هو موضح سابقًا (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google). تم تصنيع البروتين المنسوخ/المترجم في المختبر وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة (النسخ السريع المقترن من بروميغا تي إن تي تي 7). تم تحضين المستخلصات النووية أو ITT Pax3 مسبقًا عند 0 درجة مئوية مع 1 ميكروغرام من البولي(dIdC · dIdC) لمدة 10 دقائق قبل إضافة 10 أو 50 أو 250 نانوغرام من الحمض النووي المنافس البارد. بعد فترة حضانة أخرى مدتها 10 دقائق، تمت إضافة ما يقرب من 0.5 نانوغرام من مسبار أوليجو نوكليوتيد، المسمى في كل طرف عن طريق ملء 5'متراكمة مع بوليميراز كلينو و [α -32P]dNTP المناسب، إلى التفاعل لمدة 20 دقيقة أخرى قبل التحميل على هلام بولي أكريلاميد 8 ٪ (44:1 نسبة أكريلاميد/بيس أكريلاميد) و الرحلان الكهربائي عند 200 فولت لمدة 1.5 ساعة. تسلسلات الأوليجو نوكليوتيدات مزدوجة الجديلة المستخدمة كمسابير هي كما يلي: MSEi، 5'- ctagaGAATTCACTGTGTGAGAAGGGATTAGT -3 '؛ MSEu، 5'- ctagaAAAGCTAACAGAAATACAATAGTGTGACATT-3'؛ Pax3، 5'- cagaCACCACGATGCATCGTCTCTTCAG-3'. يتم وصف تسلسل المنافسين في الأشكال. قصاصة بروتينية (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988 ؛ 7: 4221-4229 Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar، 23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding C.R. Oncogene. 1995 ؛ 11: 2157-2164 PubMed Google Scholar) بإضافة 10 أو 100 أو 1000 نانوغرام من التربسين أو الكيموتريبسين، أو بروتياز V8 إلى رد فعل تحول النطاق القياسي بعد 10 دقائق من الحضانة بالمسبار وتم تحميلها على الجل بعد 10 دقائق أخرى من الحضانة في درجة حرارة الغرفة. تم وصف الجسم المضاد المحدد لـ PAX3 المستخدم في هذه الدراسة سابقًا (24Lam P.Y. Sublett J.E. Hollenbach A.D. Roussel M.F. Mol. خلية. بيول. 1999 ؛ 19: 594-601 Crossref PubMed Scopus (97) باحث جوجل) وكانت هدية كريمة من الدكتورة مارتين روسيل (مستشفى سانت جود لأبحاث الأطفال، ممفيس، تينيسي). بالإضافة إلى مربع M، يتم تنظيم مروج TRP -1 من قبل عناصر MSEu و MSEi، والتي تشترك في عزر GTGTGA (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google). يتم التعرف على هذا التسلسل من خلال عامل T - box Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 كروسريف بوبميد جوجل سكولار) وعن طريق عامل موجود في جميع خطوط خلايا الخلايا الصباغية والميلانوما التي تم اختبارها والتي يطلق عليها منظمة أطباء بلا حدود (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google). كان من الضروري تحديد هوية منظمة أطباء بلا حدود إذا أريد فهم تنظيم TRP -1. كخطوة أولى، قمنا بفحص المتطلبات الدقيقة للتعرف على التسلسل من قبل منظمة أطباء بلا حدود باستخدام سلسلة من الأوليجو نوكليوتيدات (الشكل 1 أ) التي تحمل بدائل محددة في عناصر MSEu و MSEi. تم استخدام هذه الأوليجو نوكليوتيدات كمنافسين في فحوصات نطاقات ربط الحمض النووي باستخدام إما مسبار MSEu أو MSEi. باستخدام مسبار MSEu، والمستخلص النووي لخلية الميلانوما B16، لوحظ وجود مركب محدد يتوافق مع منظمة أطباء بلا حدود كما هو موضح سابقًا (الشكل 1 ب). تم منافسة ربط منظمة أطباء بلا حدود بكفاءة من قبل MSEu وكذلك من قبل MSEi. أدت طفرة نقطية، PM1، تؤثر على القاعدة الأولى لعزر GTGTGA إلى تقليل الارتباط بشدة من قبل منظمة أطباء بلا حدود. تم إلغاء الربط بشكل أساسي عن طريق الطفرات في المواضع 3 و 4 من MSEu (PM3 و PM4، على التوالي)، وانخفض بشدة (25 ضعفًا على الأقل) باستخدام PM2 و PM5 و PM6، حيث يتم تحور القواعد 2 و 5 و 6 من MSEu. وبالتالي، فإن طفرة أي من القواعد داخل MSEu تقلل بشدة من الربط بواسطة منظمة أطباء بلا حدود. درسنا بعد ذلك بشكل أكثر دقة متطلبات ربط MSEu باستخدام المنافسين حيث تم استبدال بقايا محددة بقواعد مثيلة أو إينوزين (الشكل 1 ج). في منافس MSEu.CI، يتم استبدال كل بقايا T ببقايا C، في حين أن بدائل الإينوزين لـ A. والنتيجة هي MSEu متحولة حيث تم إدخال تغييرات محددة في الأخدود الرئيسي، على الرغم من ترك الأخدود الثانوي دون تغيير. بالنظر إلى شدة التغييرات في الأخدود الرئيسي، ربما توقعنا ألا يربط موقع MSEu.CI منظمة أطباء بلا حدود. ومع ذلك، احتفظت منظمة أطباء بلا حدود بالقدرة على ربط أوليجو نوكليوتيد MSEu.CI ولكن بكفاءة أقل بحوالي 5 أضعاف من MSEu من النوع البري. على النقيض من الربط بـ MSEu الذي تم فيه معالجة كل بقايا G بالميثيل (MSEu.mG)، قلل ربط منظمة أطباء بلا حدود بأكثر من 25 ضعفًا، مما يشير إلى أن وجود مجموعات الميثيل في الأخدود الرئيسي للجديلة العلوية أثر بشدة على الربط بواسطة منظمة أطباء بلا حدود. والمثير للدهشة، من ناحية أخرى، أن مثيلة اثنين من بقايا C في الجديلة السفلية (MSEu.mC)، فشلت في التأثير على الربط من قبل منظمة أطباء بلا حدود. توفر هذه البيانات مجتمعة مؤشراً على أن منظمة أطباء بلا حدود ترتبط بشكل غير متماثل في الأخدود الرئيسي مع وجود مجموعات الميثيل في الجديلة العلوية التي تمنع ربط الحمض النووي، في حين أن مجموعات الميثيل في الجديلة السفلية ليس لها أي تأثير. استخدام MSEi كمسبار (الشكل 1 د)، تمكنا أيضًا من إظهار أن استبدال مماثل لـ T مع C، و A مع إينوزين داخل MSEi (MSEi.CI)، كان له تأثير طفيف فقط على الربط من قبل منظمة أطباء بلا حدود. كما هو الحال مع مسبار MSEu، فإن ربط منظمة أطباء بلا حدود بـ MSEi كان أيضًا منافسًا بكفاءة من قبل أوليجو نوكليوتيد حيث تمت معالجة اثنين من بقايا C في الجديلة السفلية بالميثيل (MSEu.mC) وحيث تمت معالجة بقايا C المحيطة بـ 3'بالميثيل (MSEu.mC2). وبالتالي فإن النتائج التي تم الحصول عليها للربط بمسبار MSEi تتسق تمامًا مع تلك التي تم الحصول عليها باستخدام مسبار MSEu. تشير البيانات التي تم الحصول عليها من أجل MSEu إلى أن منظمة أطباء بلا حدود مرتبطة بشكل غير متماثل داخل الأخدود الرئيسي وأن كل قاعدة داخل MSEu ضرورية لربط منظمة أطباء بلا حدود. لقد وصفنا سابقًا طفرة في مروج TRP -1 حيث تم تغيير 4 قواعد داخل MSEi (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google). تؤدي هذه الطفرة، المسماة LSMSEi، إلى زيادة تصل إلى 80 ضعفًا في نشاط معزز TRP -1 في خطوط الخلايا الميلانينية أو الخلايا الصباغية (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) عالم جوجل، 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar). بما يتفق مع عمل Tbx2 كمثبط لتعبير TRP -1، فإن Tbx2 غير قادر على ربط متحور LSMSEi (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. خلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar). على النقيض من ذلك، فإن الربط بواسطة منظمة أطباء بلا حدود فعال نسبيًا، حيث يتم تقليله بحوالي 5 أضعاف فقط مقارنة بالنوع البري MSEi (الشكل 2). كانت النتيجة مفاجئة، لأنه على الرغم من أن كل قاعدة من MSEu كانت مهمة لربط منظمة أطباء بلا حدود، إلا أن طفرة 4 قواعد داخل MSEi فشلت في التأثير على الربط من قبل منظمة أطباء بلا حدود أكثر من 5 أضعاف. كان أحد التفسيرات المحتملة هو أن الارتباط بـ MSEi يتطلب تسلسلات خارج فكرة GTGTGA الأساسية. في محاولة لتحديد أي موقع ربط إضافي من هذا القبيل، أدخلنا طفرات إضافية في نموذج MSEi GTGTGA الأساسي بالإضافة إلى التسلسلات الجانبية. تظهر الطفرات المستخدمة في الشكل 3 أ، وتظهر نتائج فحوصات ربط الحمض النووي التي تم الحصول عليها باستخدام هذه الأشكال الطافرة من MSEi كمنافسين في الشكل. 3 ب. كما هو موضح أعلاه، فإن ربط منظمة أطباء بلا حدود بـ MSEi يتنافس مع LSMSEi المتحول حول 3-5 أضعاف أقل كفاءة من MSEi من النوع البري. فشل إدخال الطفرات في التسلسلات 5 إلى نموذج GTGTGA (الطفرات M1 و M2) في التأثير على الربط بواسطة منظمة أطباء بلا حدود. في المقابل، أدت طفرة تسلسل AT - rich 3'إلى MSEi في M3 الطافرة إلى انخفاض كبير في ارتباط منظمة أطباء بلا حدود بحوالي 25 ضعفًا، مما يشير إلى أن هذه المنطقة قد تمثل عنصر التعرف الإضافي المتوقع لمنظمة أطباء بلا حدود. أدى تحور أول قاعدتين من MSEi في M4 الطافرة إلى تقليل الارتباط بحوالي 3 أضعاف، في حين أن الطفرة التي تؤثر على نفس القواعد جنبًا إلى جنب مع القواعد الثلاث على الفور 3'إلى عزر GTGTGA منعت مرة أخرى الارتباط من قبل منظمة أطباء بلا حدود بحوالي 25 ضعفًا. ومع ذلك، فإن متحولة M6، التي تؤثر على التسلسل الجانبي 3بوصة وحده، تربط منظمة أطباء بلا حدود بانخفاض في الكفاءة بمقدار ضعفين فقط. الشكل 3MSF المرتبط بـ MSEi. أ، تسلسل المسابير والمنافسين المستخدمة مع MSEi المغطى والطفرات المشار إليها كحروف صغيرة مسطرة. ب، اختبار إزاحة النطاق باستخدام المجسات والمنافسين المشار إليهم في 10 و 50 و 250 نانوغرام. عرض عارض الصور الكبيرة تنزيل تنزيل صورة عالية الدقة (PPT) باختصار، تشير السلسلة الكاملة من فحوصات ربط الحمض النووي إلى أنه في MSEu، تكون كل قاعدة مهمة للربط مع التعرف غير المتماثل على الأخدود الرئيسي، بينما في MSEi، على الرغم من أهمية القواعد داخل عزر GTGTGA، يتم تقديم مساهمة كبيرة في الربط في التسلسلات الجانبية 3، وعلى الأخص من خلال عزر AT - rich المتأثر بطفرة M3. يذكرنا هذا النمط من التعرف على الحمض النووي للغاية بربط الحمض النووي من قبل أفراد عائلة المجال المتماثل المقترنة، والتي تلعب أدوارًا تنظيمية رئيسية أثناء التطوير (للمراجعة، انظر المرجع. 25 Dahl E. Koseki H. Balling R. Bioessays. 1997 ؛ 19: 755-765 Crossref PubMed Scopus (319) الباحث العلمي من Google). يعد التعرف على الحمض النووي من خلال المجال المقترن أمرًا معقدًا، مع وجود مجالات مقترنة مختلفة قادرة على التعرف على تسلسلات مختلفة وإن كانت ذات صلة. من البنية البلورية لبروتين ذبابة الفاكهة Prd (26Xu W. Rould M.A. Jun S. Desplan C. Pabo C.O. Cell. 1995 ؛ 80: 639-650 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (312) Google Scholar)، ومع ذلك، من الواضح أن تأثيرات الطفرات التي تم إدخالها في MSEu ستكون متسقة مع الاعتراف بهذا الدافع من خلال مجال مزدوج، في حين أن المجال المتماثل (27Wilson D.S. Guenther B. Desplan C. Kuriyan J. Cell. 1995 ؛ 82: 709-719 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (306) Google Scholar)، والتي يمكن أن تتعاون في ربط الحمض النووي مع المجال المقترن (28 Jun S. Desplan C. Development. 1996 ؛ 122: 2639-2650 Crossref PubMed Google Scholar)، سيكون قادرًا على استهداف نموذج AT - rich 3 "لعنصر MSEi GTGTGA. إذا كانت منظمة أطباء بلا حدود بالفعل عضوًا في عائلة متجانسة من عوامل النسخ، فإن المرشح الأكثر احتمالًا هو Pax3، والذي تم تورطه وراثيًا في تنظيم تطور الخلايا الصباغية، وكلاهما في فئران سبلوتش (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ؛ 67: 767-774 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) وفي متلازمة فاردنبورغ البشرية من النوع 1 (29Tassabehji M. Read AP Newton VE Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992; 355: 635-636 Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar ,30BaldwinC.T. Hoth C.F. Amos J.A. da - Silva E.O. Milunsky A. Nature. 1992 ؛ 355: 637-638 Crossref PubMed Scopus (415) الباحث العلمي من Google). ومع ذلك، فإن العيب الوراثي المرتبط بفقدان Pax3 قد يعكس فقدان الخلايا السليفة للأرومة الميلانينية، بدلاً من فشل محدد لـ Pax3 في تنظيم التعبير الجيني بعد الالتزام بنسب الخلايا الصباغية. علاوة على ذلك، على الرغم من أن التعبير خارج الرحم عن Pax3 يمكن أن ينظم مروج Mitf ويربط المروج في المختبر، إلا أنه من المدهش أنه لم يتم تحديد ما إذا كان Pax3 معبرًا عنه في الواقع في خلايا سلالة الخلايا الصباغية. وبالتالي، قبل محاولة تحديد ما إذا كانت منظمة أطباء بلا حدود مرتبطة بـ PAX3، كان من الضروري إثبات أن PAX3 تم التعبير عنه بالفعل في الخلايا الصباغية. لذلك أجرينا لطخة غربية باستخدام خط الخلايا الصباغية للفأر ميلان- أ، وكذلك الفأر B16 وخطوط الخلايا الصباغية البشرية 501 وفحصناها بجسم مضاد محدد لـ Pax3. تم استخدام ITT Pax3 كعنصر تحكم. تشير النتائج (الشكل 4) إلى أنه يتم التعبير عن Pax3 في كل من خطوط الخلايا الصباغية والورم الصباغي، ولكن ليس في خط الخلية 3T3 غير ذي الصلة، وهي نتيجة تم تأكيدها عن طريق النسخ العكسي - تفاعل البوليميراز المتسلسل والنشاف الشمالي (البيانات غير موضحة). 2 دوت بينيت، كلية الطب بمستشفى سانت جورج، لندن، اتصال شخصي. يتوافق عدم وجود Pax3 في خلايا 3T3 مع عملنا السابق حيث لم يتم اكتشاف نشاط ربط الحمض النووي لمنظمة أطباء بلا حدود في خلايا 3T3 (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google). قد يمثل نطاق الانتقال الأسرع الإضافي الذي تمت ملاحظته باستخدام خط خلية الورم الميلانيني B16 منتجًا متدهورًا لـ Pax3. أضافت حقيقة أن Pax3 يتم التعبير عنها في الخلايا الصباغية وخلايا الميلانوما وزناً إلى الحجة القائلة بأن منظمة أطباء بلا حدود و Pax3 كانتا مترابطتين. بشكل ملحوظ، اختيار موقع ربط الحمض النووي لتسلسلات التعرف على Pax3 عالية التقارب (31Chalepakis G. Gruss P. Gene. 1995 ؛ 162: 267-270 حدد Crossref PubMed Scopus (69) Google Scholar) عددًا من التسلسلات ذات التماثل القوي جدًا مع MSEu أو MSEi بما في ذلك على سبيل المثال AAGTGTGAC، المطابقة لـ MSEu على 9 أزواج أساسية، وتسلسل زوج 8 قواعد مطابق لـ MSEi، TGGTGTGA، والذي كان يقع أيضًا على مسافة قصيرة من المنبع من عنصر AT - rich. بالاقتران مع حقيقة أن Pax3 يتم التعبير عنه في خلايا سلالة الخلايا الصباغية، كانت بيانات ربط الحمض النووي متسقة مع منظمة أطباء بلا حدود كونها Pax3. بالإضافة إلى ذلك، باستخدام PAX3 المنسوخ/المترجم في المختبر في اختبار إزاحة النطاق (الشكل 5) جنبًا إلى جنب مع مسبار MSEu والتنافس مع مجموعة مختارة من الأوليجو نوكليوتيدات المستخدمة لتحديد خصوصية ربط الحمض النووي لمنظمة أطباء بلا حدود الموضحة في الشكل 1، كان من الواضح أن PAX3 ومنظمة أطباء بلا حدود تعرفتا على الحمض النووي بطريقة مشابهة جدًا. وهكذا على سبيل المثال، يمكن أن يتعرف Pax3 على كل من عناصر MSEu و MSEi، وكان أقل تأثرًا بطفرة PM2 من الطفرات النقطية الأخرى في MSEu، وربط أوليجو نوكليوتيد MC ولكن ليس منافس mG، مما يشير إلى أنه مثل منظمة أطباء بلا حدود، تأثر ربط الحمض النووي بواسطة Pax3 بشكل تفاضلي بميثيل الخيوط العلوية أو السفلية لموقع ربط MSEu. استخدمنا أيضًا مجسات تتوافق مع موقع ربط Pax3 بالإجماع أو عناصر MSEu أو MSEi لإظهار أن Pax3 يمكنه التعرف على تسلسلات مروج TRP -1 (الشكل 6 أ). لم تتم ملاحظة أي ارتباط باستخدام تفاعل ITT غير المبرمج (غير موضح). اخترنا بعد ذلك استخدام نهج بديل للتحقيق عن كثب في هوية منظمة أطباء بلا حدود. تحقيقا لهذه الغاية، استخدمنا اختبار التحلل البروتيني الذي يستخدم لتحديد البروتينات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالحمض النووي (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988 ؛ 7: 4221-4229 Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar) وقد استخدمناه سابقًا لتحديد عامل النسخ Brn -2 في خلايا الميلانوما (23Eisen T. Easty D. J. Bennett D. C. Goding C.R. Oncogene. 1995 ؛ 11: 2157-2164 PubMed الباحث العلمي من Google). في هذا الاختبار، يخضع المستخلص النووي أو البروتين المنسوخ/المترجم في المختبر لتركيزات متزايدة من إنزيم حال للبروتين ومنتجات انقسام محددة، والتي تحتفظ بالقدرة على ربط الحمض النووي باستخدام اختبار إزاحة النطاق ومسبار مناسب يحمل علامة إشعاعية. إن نمط منتجات الانقسام المرتبطة بالحمض النووي التي تم الحصول عليها محدد للغاية لبروتين معين، حيث يعتمد ليس فقط على الموضع الدقيق لمواقع انقسام البروتياز المحددة في تسلسل الأحماض الأمينية الأولية ولكن أيضًا على إمكانية الوصول النسبي إليها داخل البروتين، والذي يمليه تكوين البروتين. وبالتالي فإن نمطًا معينًا من المنتجات المرتبطة بالحمض النووي هو تشخيص لبروتين معين. للتحقيق في احتمال أن تكون منظمة أطباء بلا حدود و PAX3 متطابقتين، أجرينا في البداية فحوصات التحول النطاقي باستخدام موقع ربط PAX3 الإجماعي كمسبار وإما مستخلص نووي لخلية PAX3 أو B16 لتقييم ما إذا كان نشاط ربط الحمض النووي PAX3 موجودًا في المستخلص النووي B16. بعد السماح للبروتين بربط المجس، عولجت تفاعلات ربط الحمض النووي بكميات محدودة إما من التربسين أو الكيموتريبسين أو بروتياز V8. يتم عرض النتائج التي تم الحصول عليها في الشكل. 6 ب وأثبت بوضوح أن المستخلصات النووية B16 تحتوي على Pax3: أولاً، الهجرة النسبية للمركب السليم الذي تم الحصول عليه باستخدام مستخلص ITT Pax3 و B16 متطابقة ؛ وثانياً، نمط مجمعات ربط الحمض النووي التي تم الحصول عليها بعد العلاج التحلل البروتيني باستخدام أي من البروتياز الثلاثة متطابقة عند مقارنة مستخلص ITT Pax3 إلى B16. نظرًا لأن نتائج اختبارات ربط الحمض النووي البروتيني تشير إلى وجود Pax3 في المستخلصات النووية لخلية الميلانوما B16، فقد قارنا بعد ذلك نمط النطاقات التي تم الحصول عليها باستخدام مسبار PAX الإجماعي مع تلك التي تم الحصول عليها باستخدام مسبار MSEu مع المستخلص النووي لخلية B16 وانقسام الكيموتريبسين (الشكل 6 ج). مرة أخرى، فإن الهجرة النسبية ونمط كل من النطاقات السليمة والمشقوقة البروتينية التي تم الحصول عليها باستخدام مسابير PAX و MSEu متطابقة، وهي نفس تلك التي تم الحصول عليها باستخدام ITT Pax3 (مقارنة بالشكل 6 ب)، مما يشير بقوة إلى أن MSEu معترف به من قبل Pax3. يتم تسليط الضوء على خصوصية هذا الاختبار من خلال حقيقة أن عامل المجال المتماثل المقترن للغاية Pax6 يمكن أن يربط مسبار MSEi، لكن مركب Pax6 MSEi يهاجر بشكل مختلف عن تلك التي تحتوي على أطباء بلا حدود أو Pax3، وعلاوة على ذلك، يختلف نمط انقسام V8 عن Pax6 (الشكل 6 د) ولكنها متطابقة عند استخدام PAX3 أو أطباء بلا حدود. مجتمعة، تتوافق النتائج التي تم الحصول عليها من اختبارات ربط الحمض النووي والقصاصات البروتينية مع تطابق منظمة أطباء بلا حدود و PAX3. للتأكد من أن منظمة أطباء بلا حدود و PAX3 كانتا في الواقع متماثلتين، استخدمنا الجسم المضاد المحدد لـ PAX3 المستخدم في اللطخة الغربية الموضحة في الشكل 4، في اختبار نطاقي باستخدام إما مسبار MSEi أو MSEu والمستخلص النووي للخلية B16. تُظهر النتائج الموضحة في الشكل 7 أن ربط الحمض النووي من قبل منظمة أطباء بلا حدود بأي من المسبارين قد تم تثبيطه بشدة بواسطة الجسم المضاد لـ Pax3، لكنه لم يتأثر باستخدام جسم مضاد لـ Mitf استخدمناه في فحوصات مماثلة لمنع ربط Mitf بمربع M (غير موضح). وبالتالي، فإن كل من مقايسات التحلل البروتيني وكذلك التحولات الفائقة للأجسام المضادة تتوافق مع كون أطباء بلا حدود و PAX3 متطابقين. إذا كانت منظمة أطباء بلا حدود و PAX3 هي نفسها، فقد نتوقع من PAX3 تنظيم النسخ من مروج TRP -1. لمعالجة هذا السؤال، قمنا بنقل خلايا سرطان الجلد B16 باستخدام مراسل لوسيفيراز TRP -1 يمتد بين -336 و +114 (الشكل 8 أ) إما بمفردها أو مع متجه يعبر عن Pax3. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن زيادة كمية بلازميد التعبير PAX3 المستخدمة في العدوى أدت إلى زيادة نشاط معزز TRP -1 (الشكل 8 ب) مع تحقيق ما يصل إلى 12 ضعفًا من التنشيط بأعلى كمية من متجه التعبير Pax3 المستخدم. كان تنشيط TRP -1 محددًا لأنه لم يلاحظ أي تنشيط لمراسل إنزيم التيروزيناز- لوسيفيراز (الشكل 8 ج)، بما يتفق مع حقيقة أن معزز التيروزيناز يفتقر إلى مواقع الربط لـ PAX3 (منظمة أطباء بلا حدود). للسؤال عما إذا كان MSEu أو MSEi مطلوبًا للتفعيل بواسطة PAX3، استخدمنا أيضًا المراسلين الذين تم تحور MSEu أو MSEi فيهم. على وجه التحديد، كانت طفرة MSEi المستخدمة هي التي تؤثر على موقع التعرف المساعد على Pax3، MSEi.m3، لأن هذه الطفرة لا تؤثر على الارتباط بواسطة Tbx2 ؛ يفشل متحور MSEu، LSMSEu، في ربط إما Pax3 أو Tbx2 وتم استخدامه، لأننا لم نحدد بعد الطفرات النقطية التي تميز بين الارتباط بهذين البروتينين في MSEu. على النقيض من معزز TRP -1 من النوع البري، والذي تم تنشيطه بواسطة Pax3، لم يتأثر MSEi.M3 ولا متحور LSMSEu حتى عند أعلى جرعات من ناقل التعبير Pax3 (الشكل 8، د و هـ). نستنتج أن Pax3 يمكنه تنشيط مروج TRP -1 ولكن يبدو أن هذا التنشيط الفعال يتطلب كل من MSEu و MSEi. لأنه تم الإبلاغ عن Pax3 و Sox10، وهو بروتين صندوق HMG، لتنشيط النسخ بشكل تآزري في الخلايا الدبقية (32Kuhlbrodt K. Herbarth B. Sock E. Hermans - Borgmeyer I. Wegner M. J. Neurosci. 1998 ؛ 18: 237-250 كروسريف بوبميد باحث جوجل) ولأن Sox10، وكذلك Pax3، متورط في تطور الخلايا الصباغية (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.O. Puliti A. Herbarth B. Hermans - Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton - Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998; 18: 171-173 Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar ,10Southard - Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998 ؛ 18: 60-64 Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar)، سألنا أيضًا عما إذا كان تعبير Sox10 يمكن أن يؤثر على تنشيط TRP -1 بواسطة Pax3. تم نقل مراسل TRP -1 luciferase إلى خلايا سرطان الجلد B16 جنبًا إلى جنب مع نسب مختلفة من النواقل التي تعبر عن Pax3 و Sox10. لم نتمكن في أي تجربة من ملاحظة أي تعاون بين Pax3 و Sox10 على مروج TRP -1 (لم يتم عرض البيانات). لقد أثبتنا سابقًا أن مروج TRP -1 يخضع لمجموعة من العناصر الإيجابية والسلبية (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) عالم جوجل، 17 Lowings P. Yavuzer U. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1992 ؛ 12: 3653-3662 Crossref PubMed Scopus (130) الباحث العلمي من Google). أحد العناصر الإيجابية، صندوق M، مستهدف من قبل MITF (33 Yavuzer U. Keenan E. Lowings P. Vachtenhein J. Currie G. Goding CR Oncogene. 1995 ؛ 10: 123-134 PubMed Google Scholar)، في حين أن عنصرين إضافيين، يطلق عليهما MSEu و MSEi، يتم التعرف عليهما من خلال عامل T - box Tbx2 وبروتين ربط الحمض النووي غير المعروف سابقًا والمعروف باسم MSF (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) عالم جوجل، 34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding CR Mol. الخلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Scopus (154) الباحث العلمي من Google). إذا كان تنظيم مروج TRP -1 مفهوماً بالكامل، فمن المهم تحديد هوية منظمة أطباء بلا حدود. هنا نظهر، باستخدام مزيج من القصاصات المحللة للبروتين وفحوصات ربط الحمض النووي وكذلك باستخدام جسم مضاد محدد مضاد لـ Pax3، أن منظمة أطباء بلا حدود و Pax3 تبدو متطابقة، ويمكن لـ Pax3 تنظيم نشاط معزز TRP -1 في فحوصات العدوى المشتركة. نوضح أيضًا لأول مرة أن Pax3 يتم التعبير عنه في الخلايا الصباغية وخلايا الورم الصباغي. تم بالفعل تحديد Pax3 وراثيًا على أنه يلعب دورًا أساسيًا في تطور الخلايا الصباغية ؛ يمكن أن تؤدي الطفرات في Pax3 إلى ظهور النمط الظاهري Splotch في الفئران (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ؛ 67: 767-774 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) أو متلازمة فاردنبورغ من النوع الأول في البشر (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992; 355: 635-636 Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar, 35Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Patton M. Gruss P. Harris R. Strachan T. Nat. Genet. 1993; 3: 26-30 Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 36Baldwin C.T. Lipsky N.R. Hoth C.F. Cohen T. Mamuya W. Milunsky A. Hum. Mutat. 1994 ؛ 3: 205-211 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). يتميز كل من سبلوتش ومتلازمة فاردنبورغ من النوع الأول بفقدان جزئي للخلايا الصباغية المشتقة من العرف العصبي والتي يمكن تفسيرها، على الأقل جزئيًا، من خلال متطلبات Pax3 للتعبير عن الجين الذي يشفر Mitf (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998 ؛ 18: 283-286 Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar). ومع ذلك، فإن قدرة Pax3 على ربط وتنشيط مروج TRP -1 تشير إلى دور إضافي لـ Pax3 في تنظيم تمايز الخلايا الصباغية. على الرغم من أن MSEu و MSEi يمكن أن يكونا بمثابة عناصر تنظيمية سلبية، إلا أن التجارب المقدمة هنا تشير إلى أن Pax3 قد يعمل كمنظم إيجابي لتعبير TRP -1. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي طفرة LSMSEi إلى زيادة تصل إلى 80 ضعفًا في نشاط معزز TRP -1 (16 Yavuzer U. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1994 ؛ 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) الباحث العلمي من Google، 34 Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding CR Mol. خلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Scopus (154) الباحث العلمي من Google)، لكن هذه الطفرة فشلت في التأثير على الربط بواسطة Pax3 أكثر من حوالي 5 أضعاف، في حين أدى نقل عدوى ناقل تعبير Pax3 إلى زيادة التعبير من جين مراسل يقوده مروج TRP -1. تماشيًا مع عدم مسؤولية PAX3 عن قمع مروج TRP -1 في خطوط الخلايا الصباغية أو الميلانوما، أظهر التحليل الطفري السابق للنقطة MSEu و MSEi أن الاعتراف بـ MSEu و MSEi بواسطة Tbx2 يرتبط بالقمع النصي (34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. الخلية. بيول. 1998 ؛ 18: 5099-5108 Crossref PubMed Scopus (154) الباحث العلمي من Google). تشير هذه البيانات مجتمعة إلى أنه في MSEu و MSEi، قد يقمع Tbx2 وينشط PAX3 تعبير TRP -1. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن خصوصية ربط الحمض النووي Tbx2 و Pax3 متميزة، على سبيل المثال يمكن لـ Pax3 ولكن ليس Tbx2 ربط متحور LSMSEi، إلا أنه من الواضح أنها تتطلب تسلسلات متداخلة. على هذا النحو، يبدو من المحتمل أن يكون الربط بواسطة Pax3 و Tbx2 حصريًا بشكل متبادل. ما يحدد ما إذا كان يتم التعرف على أي موقع ربط معين من قبل Pax3 أو Tbx2 في أي وقت معين سيتم تحديده من خلال عدة عوامل بما في ذلك، التركيزات النسبية لكل عامل داخل الخلية، وطبيعة أي تنظيم يمليه نشاط مسارات نقل إشارة محددة. في الوقت الحالي، لا يُعرف أي شيء تقريبًا عن العوامل التي تحكم نشاط أو تعبير Tbx2 أو Pax3. لقد أظهرنا هنا أن Pax3 يتم التعبير عنه في الخلايا الصباغية بالإضافة إلى خطوط خلايا الورم الصباغي. أثبت تحليل اللطخة الشمالية أيضًا أن Pax3 يتم التعبير عنه في كل من الخلايا الصباغية والخلايا التي لها خصائص سلائف الخلايا الصباغية. من ناحية أخرى، يتم التعبير عن TRP -1 و MITF في كل من الخلايا الصباغية والخلايا الصباغية، ولكن لا يتم التعبير عنها قبل الالتزام بنسب الخلايا الصباغية. وبالتالي أثناء التطوير، من الواضح أن التعبير عن PAX3 وحده غير كافٍ للسماح بالتعبير عن TRP -1 أو MITF. نظرًا لأن Pax3 قد ثبت أيضًا أنه يزيد من تنظيم معزز Mitf، يجب أن تعمل بعض الآليات لمنع Pax3 من تنشيط معززات Mitf و TRP -1 بشكل غير مناسب في الخلايا السليفة للأرومة الميلانينية. أحد الاحتمالات هو أنه في الخلايا السليفة للأرومة الميلانينية، تفتقر Pax3 إلى عامل مساعد أساسي لتمكينها من تنشيط النسخ. بدلاً من ذلك، لأنه ثبت أن PAX3 تمتلك مجالات تتوسط إما تنشيط النسخ أو قمع النسخ (37Chalepakis G. Jones F.S. Edelman GM Gruss P. Proc. ناتل. أكاد. خيال علمي. الولايات المتحدة الأمريكية 1994 ؛ 91: 12745-12749 Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar)، من الممكن أيضًا أن يعمل Pax3 على قمع النسخ في الخلايا ما قبل الميلانينية، ولكنه ينشط النسخ بعد الانتقال إلى الخلايا الميلانينية. سيتطلب مثل هذا التبديل إما أن يتم تنظيم Pax3 من خلال مسارات نقل إشارة محددة و/أو أن هناك توظيفًا انتقائيًا للعوامل المشتركة في Pax3 للتوسط في وظائف تنشيط/كبت النسخ. على الرغم من أنه من غير المعروف كيف يتم تنظيم Pax3، فقد ثبت مؤخرًا أن Pax3 يمكن أن يتفاعل مع HIRA، وهو عامل متورط في تعديل الكروماتين ومتماثل مع الكابحات المشتركة للنسخ Saccharomyces cerevisiae (38Magnaghi P. Roberts C. Lorain S. Lipinski M. Scambler P.J. Nat. Genet. 1998 ؛ 20: 74-77 Crossref PubMed Scopus (113) Google Scholar). تشير هذه الملاحظة إلى أن أحد أدوار Pax3 هو تنظيم بنية الكروماتين عبر المروجين المستهدفين لـ Pax3، على الرغم من أن ما إذا كان التفاعل بين Pax3 و HIRA يؤدي إلى تنظيم إيجابي أو سلبي للنسخ غير واضح. من الممكن أيضًا أن يكون مستوى تعبير Pax3 في حد ذاته هو العامل الحاسم مع كمية بروتين Pax3 الموجودة في الخلية التي تحتاج إلى تجاوز العتبة قبل أن يحدث تنشيط معزز MITF. قد يكون هذا مناسبًا بشكل خاص لأن الخلايا الميلانينية تعبر عن مستويات أعلى من Pax3 من سلائف الخلايا الميلانينية. 2 يبدو أن هذا الموقف يحدث أثناء نمو العضلات حيث يكون Pax3 مطلوبًا للتعبير عن MyoD (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997 ؛ 89: 127-138 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar، 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997 ؛ 89: 139-148 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). ومن المثير للاهتمام بشكل خاص ملاحظة أنه في حين أن الخلايا المشتقة من الأنبوب العصبي المنفصل تعبر عادة عن Pax3، فإنها تستحث للخضوع لتكوين العضلات عن طريق العدوى بفيروس ارتجاعي يعبر عن Pax3 (14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997 ؛ 89: 139-148 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). تشير هذه النتيجة إلى أن قدرة Pax3 على إحداث التكون العضلي يتم قمعها عادة بواسطة مثبط وأن رفع مستويات Pax3 يتغلب على الكبت ويؤدي إلى التكون العضلي. طبيعة الكابت غير معروفة، ولكن قد تكون هناك آلية مماثلة تعمل على منع Pax3 من إحداث تعبير TRP -1 أو Mitf في الخلايا السليفة للأرومة الميلانينية. سيحاول عملنا المستقبلي معالجة هذه المشكلة. نشكر الدكتور مايكل فيجنر على توفير ناقل تعبير Pax3 والدكتورة مارتين روسيل (مستشفى سانت جود لأبحاث الأطفال، ممفيس، تينيسي) للأجسام المضادة لـ Pax3. كما نقدر هدايا 501 خلية MEL من الدكتورة روث حلبان، وناقل الفيروس العصوي المعبر عن Pax6 من الدكتورة بيني راشباس.Translated Description (French)
Des travaux antérieurs ont établi que le promoteur de la protéine-1 liée à la tyrosinase spécifique des mélanocytes (TRP-1) est régulé positivement par le facteur de transcription Mitf associé à la microphtalmie, agissant par l'intermédiaire de la boîte M conservée et négativement par le facteur T-box Tbx2, qui peut se lier à deux « éléments spécifiques des mélanocytes » appelés MSEu et MSEi. Le MSEu et le MSEi, qui partagent un consensus GTGTGA à 6 paires de bases, sont également reconnus par un facteur spécifique aux mélanocytes non identifié auparavant, MSF. Ici, nous montrons à l'aide d'une combinaison de tests de liaison à l'ADN, d'écrêtage protéolytique et d'anticorps anti-Pax3 que MSF est indiscernable de Pax3, un facteur de transcription homéodomaine apparié impliqué génétiquement dans le développement des mélanocytes et la régulation du promoteur Mitf. Conformément au fait que Pax3 est capable de se lier au promoteur TRP-1, Pax3 est exprimé dans les mélanocytes et les mélanomes, et l'activité du promoteur TRP-1 est régulée à la hausse par Pax3. Les résultats identifient un nouveau rôle pour Pax3 dans l'expression de TRP-1, et le rôle potentiel de Pax3 dans la lignée mélanocytaire est discuté. Des travaux antérieurs ont établi que le promoteur de la protéine-1 liée à la tyrosinase spécifique des mélanocytes (TRP-1) est régulé positivement par le facteur de transcription Mitf associé à la microphtalmie, agissant par l'intermédiaire de la boîte M conservée et négativement par le facteur T-box Tbx2, qui peut se lier à deux « éléments spécifiques des mélanocytes » appelés MSEu et MSEi. Le MSEu et le MSEi, qui partagent un consensus GTGTGA à 6 paires de bases, sont également reconnus par un facteur spécifique aux mélanocytes non identifié auparavant, MSF. Ici, nous montrons à l'aide d'une combinaison de tests de liaison à l'ADN, d'écrêtage protéolytique et d'anticorps anti-Pax3 que MSF est indiscernable de Pax3, un facteur de transcription homéodomaine apparié impliqué génétiquement dans le développement des mélanocytes et la régulation du promoteur Mitf. Conformément au fait que Pax3 est capable de se lier au promoteur TRP-1, Pax3 est exprimé dans les mélanocytes et les mélanomes, et l'activité du promoteur TRP-1 est régulée à la hausse par Pax3. Les résultats identifient un nouveau rôle pour Pax3 dans l'expression de TRP-1, et le rôle potentiel de Pax3 dans la lignée mélanocytaire est discuté. protéine-1 liée à la tyrosinase facteur spécifique aux mélanocytes transcrit/traduit in vitro Le développement de la lignée mélanocytaire présente une opportunité fascinante d'analyser l'interaction complexe entre les voies de transduction du signal et les facteurs de transcription, qui sous-tend le développement. Parce que les mélanocytes ne sont pas essentiels à la viabilité et que les variations de la pigmentation sont évidentes (1Silvers W.K. The Coat Colors of Mice. Springer-Verlag, New York1979Crossref Google Scholar), plus de 70 loci génétiques indépendants ont été impliqués dans le développement ou la fonction de ces cellules productrices de mélanine. Parmi la vingtaine de clones à ce jour, certains, tels que les gènes codant pour la tyrosinase ou la protéine-1 apparentée à la tyrosinase (TRP-1)1, ont une fonction clairement définie dans la genèse du pigment. D'autre part, des gènes tels que l'endothéline B (2Baynash A.G. Hosoda K. Giaid A. Richardson J.A. Emoto N. Hammer R.E. Yanagisawa M. Cell. 1994 ; 79: 1277-1285Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (838) Google Scholar, 3Puffenberger E.G. Hosoda K. Washington S.S. Nakao K. de Wit D. Yanagisawa M. Chakravart A. Cell. 1994 ; 79: 1257-1266Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (804) Google Scholar, 4Hosoda K. Hammer R.E. Richardson J.A. Baynash A.G. Cheung J.C. Giaid A. Yanagisawa M. Cell. 1994 ; 79: 1267-1276Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (905) Google Scholar) et des récepteurs c-Kit (5Nocka K. Majumder S. Chabot B. Ray P. Cervone M. Bernstein A. Besmer P. Genes Dev. 1989 ; 3: 816-826Crossref PubMed Scopus (419) Google Scholar), et la microphtalmie (6Hodgkinson c.a. Moore K.J. Nakayama A. Steingrimsson E. Copeland N.G. Jenkins N.A. Arnheiter H. Cell. 1993 ; 74: 395-404Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (959) Google Scholar, 7Tassabehji M. Newton V.E. Read A.P. Nat. Genet. 1994 ; 8: 251-255Crossref PubMed Scopus (580) Google Scholar, 8Moore K.J. Trends Genet. 1995 ; 11: 442-448Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (202) Google Scholar), Sox10 (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.-O. Puliti A. Herbarth B. Hermans-Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton-Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998 ; 18: 171-173Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar, 10Southard-Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998 ; 18: 60-64Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), et Pax3 (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) ont été impliqués dans la voie de développement menant à la genèse du mélanocyte producteur de pigment mature à partir d'une cellule précurseur de mélanoblaste non pigmentée provenant de la crête neurale du tronc. Particulièrement intéressantes sont les mutations affectant le facteur de transcription homéodomaine couplé à Pax3, illustré par l'allèle splotch (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar), qui exprime une protéine Pax3 tronquée. Bien que les homozygotes tachetés meurent in utero, les souris tachetées hétérozygotes présentent des défauts de pigmentation résultant de la perte d'une partie des mélanoblastes migrant loin de la crête neurale. La perte de mélanocytes chez les souris éclaboussées peut s'expliquer par le fait qu'il a récemment été démontré que Pax3 active l'expression du promoteur du gène codant pour le facteur de transcription à glissière basique en hélice-boucle-hélice-leucine (Mitf) associé à la microphtalmie (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998 ; 18: 283-286Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar) ; les souris dépourvues de Mitf fonctionnel manquent de toutes les cellules pigmentaires, et une diminution des niveaux de Mitf résultant de la perte monoallélique de Pax3 expliquerait le défaut de pigmentation présenté par les souris splotch. La capacité de Pax3 à réguler l'expression de Mitf est parallèle au rôle de Pax3 dans la formation des muscles squelettiques où elle est nécessaire à l'expression des facteurs de transcription de base de l'hélice-boucle-hélice MyoD, Myf-5 et de la myogénine (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997 ; 89: 127-138Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar, 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997 ; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar), qui jouent des rôles essentiels dans la myogenèse. Le rôle de Pax3 dans la régulation de l'expression de la mitf, et par conséquent du développement des mélanocytes, semble relativement bien défini, cependant, on ne sait pas si Pax3 pourrait également jouer un rôle dans la différenciation des mélanocytes, caractérisée par l'expression des gènes impliqués dans la fabrication de la mélanine pigmentaire, un processus spécifique à ce type cellulaire. Nous avons précédemment caractérisé les exigences d'action cis pour l'expression des promoteurs de la tyrosinase humaine et de la TRP-1 de souris (15Bentley N.J. Eisen T. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 7996-8006Crossref PubMed Scopus (429) Google Scholar, 16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 17Lowings P. Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1992 ; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar). Les deux promoteurs dépendent de l'activité de Mitf, qui agit par l'intermédiaire d'une boîte E initiatrice dans le promoteur de la tyrosinase (15Bentley N.J. Eisen T. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 7996-8006Crossref PubMed Scopus (429) Google Scholar) ainsi que via l'élément M box hautement conservé (17Lowings P. Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1992 ; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar, 18Aksan I. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 6930-6938Crossref PubMed Scopus (183) Google Scholar) présent dans les promoteurs des gènes tyrosinase, TRP-1 et TRP-2. L'expression de TRP-1 est également régulée par deux éléments supplémentaires avec la séquence GTGTGA appelée MSEu et MSEi, qui semblent agir comme de fortes séquences régulatrices négatives (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar). Le MSEu et le MSEi sont tous deux reconnus par un facteur non identifié appelé MSF. Cependant, l'analyse mutationnelle ponctuelle a révélé que la liaison par MSF n'était pas corrélée à la répression du promoteur TRP-1, mais pouvait plutôt être impliquée dans la régulation positive de l'expression de TRP-1 (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Au lieu de cela, la répression semble correspondre à la liaison par Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar), membre de la famille des facteurs de transcription T-box (20Smith J. Curr. Opin. Genet. Dev. 1997 ; 7: 474-480Crossref PubMed Scopus (115) Google Scholar, 21Papaioannou V.E. Silver L.M. Bioessays. 1998 ; 20: 9-19Crossref PubMed Scopus (271) Google Scholar) exprimé dans les mélanoblastes et les mélanocytes. Si Tbx2 agit en tant que répresseur de TRP-1, la question restait de savoir quelle était la nature de MSF. Ici, nous démontrons, à l'aide d'une combinaison de coupures protéolytiques et de tests de liaison à l'ADN, que MSF est en fait Pax3. De plus, nous démontrons que Pax3 peut activer l'expression de TRP-1 dans les tests de transfection et que Pax3 est exprimé dans les mélanocytes et les mélanomes. Ainsi, la Pax3, qui joue un rôle essentiel au début du développement des mélanocytes, régule également un marqueur de la différenciation des mélanocytes, la TRP-1. La lignée cellulaire de mélanome de souris, B16, a été cultivée dans le RPMI 1640 avec 10% de sérum de veau foetal. Les transfections ont été réalisées à l'aide du réactif Fugène (Roche Molecular Biochemicals), selon les instructions du fabricant. Les cellules ont été plaquées à 1 × 104/24 puits/plaque 24 h avant la transfection. Un total de 600 ng d'ADN a été mélangé avec 1 μl de Fugène dans 60 μl de milieu sans sérum, laissé 15 min à température ambiante, puis ajouté aux cellules. 48 h après la transfection, les cellules ont été lavées 2 fois avec une solution saline tamponnée au phosphate froid et récoltées à l'aide de 100 μl de tampon de lyse (phosphate de potassium 100 mm, pH 7,8, Triton X-100 0,2%, dithiothriétol 1 mm). Les dosages de luciférase ont été effectués en utilisant le système de dosage Promega luciférase avec 20 μl d'extrait cellulaire selon les instructions du fabricant. L'activité luciférase a été détectée à l'aide d'un appareil de luminomètre à microplaque (MicroLumat Plus, EG&G Berthold). Toutes les transfections ont été répétées en utilisant différentes quantités d'ADN, et pCH110 contenant le promoteur SV40 conduisant l'expression d'un rapporteur LacZ a été utilisé comme contrôle interne de l'efficacité de la transfection (1 μg/transfection). Le plasmide parental utilisé pour tous les dosages de luciférase était le vecteur pGL3-Basic (Promega). Le promoteur TRP-1 (−336/+114) et sa forme mutée LS-MSEu, décrits précédemment (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar), ont été sous-clonés en fragments Xba I/Hin dIII dans le vecteur pGL3 (Nhe I/Hin dIII). Le mutant MSEi.M3 a été isolé en trois étapes par mutagenèse basée sur la réaction en chaîne de la polymérase et a été cloné en tant que fragment Xba I/Hin dIII dans le vecteur pGL3. Les détails de la stratégie de clonage précise utilisée sont disponibles sur demande. Les tests de changement de bande ont été effectués dans un volume final de 20 μl contenant de l'HEPES (pH 7,9), 10% de glycérol et 112 mm de KCl. Les extraits nucléaires ont été préparés comme décrit précédemment (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). La protéine transcrite/traduite (ITT) in vitro a été fabriquée selon les instructions du fabricant (transcription couplée rapide Promega TNT T7). Des extraits nucléaires ou ITT Pax3 ont été préincubés à 0 °C avec 1 μg de poly(dIdC · dIdC) pendant 10 min avant l'ajout de 10, 50 ou 250 ng d'ADN concurrent froid. Après une nouvelle période d'incubation de 10 min, environ 0,5 ng de sonde oligonucléotidique, marquée à chaque extrémité en remplissant les surplombs 5′ avec la polymérase de Klenow et le [α-32P]dNTP approprié, a été ajoutée à la réaction pendant 20 min supplémentaires avant de charger sur un gel de polyacrylamide à 8% (rapport acrylamide/bisacrylamide 44:1) et d'électrophorèse à 200 V pendant 1,5 h. Les séquences d'oligonucléotides double brin utilisées comme sondes sont les suivantes : MSEi, 5'-ctagaGAATTCACTGGTGTGAGAAGGGATTAGTt-3' ; MSEu, 5'-ctagaAAAGCTAACAGAAAATACAAGTGTGACATTt-3' ; Pax3, 5'-ctagaCACCGCACGATTAGCATCGTCACGCTTCAG-3'. Les séquences des concurrents sont décrites dans les figures. Proteolytic clipping (22 Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988 ; 7: 4221-4229 Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar, 23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding c.r. Oncogene. 1995 ; 11: 2157-2164PubMed Google Scholar) a été obtenu en ajoutant 10, 100 ou 1 000 ng de trypsine ou de chymotrypsine, ou de protéase V8 à la réaction de décalage de bande standard après 10 min d'incubation avec la sonde et ont été chargés dans le gel après 10 min supplémentaires d'incubation à température ambiante. L'anticorps spécifique anti-Pax3 utilisé dans cette étude a été décrit précédemment (24Lam P.Y. Sublett J.E. Hollenbach A.D. Roussel M.F. Mol. Cell. Biol. 1999 ; 19: 594-601Crossref PubMed Scopus (97) Google Scholar) et était un cadeau aimable du Dr Martine Roussel (St. Jude Children' s Research Hospital, Memphis, TN). En plus de la boîte M, le promoteur TRP-1 est régulé par les éléments MSEu et MSEi, qui partagent un motif GTGTGA (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Cette séquence est reconnue à la fois par le facteur T-box Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar) et par un facteur trouvé dans toutes les lignées cellulaires de mélanocytes et de mélanomes testées appelées MSF (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Il était essentiel d'établir l'identité de MSF si la réglementation de la TRP-1 devait être comprise. Dans un premier temps, nous avons examiné les exigences précises pour la reconnaissance des séquences par MSF en utilisant une série d'oligonucléotides (Fig.1 A) portant des substitutions spécifiques dans les éléments MSEu et MSEi. Ces oligonucléotides ont été utilisés comme concurrents dans des essais de déplacement de bande de liaison à l'ADN en utilisant une sonde MSEu ou MSEi. À l'aide d'une sonde MSEu et d'un extrait nucléaire de cellules de mélanome B16, un complexe spécifique correspondant à MSF a été observé comme décrit précédemment (Fig. 1 B). La liaison MSF a été efficacement concurrencée par le MSEu et également par le MSEi. Une mutation ponctuelle, pm1, affectant la première base du motif GTGTGA a considérablement réduit la liaison par MSF. La liaison a été essentiellement abolie par des mutations aux positions 3 et 4 du MSEu (pm3 et pm4, respectivement), et sévèrement réduite (au moins 25 fois) en utilisant pm2, pm5 et pm6, dans lesquelles les bases 2, 5 et 6 du MSEu sont mutées. Ainsi, la mutation de l'une des bases au sein de la MSEu réduit considérablement la liaison par MSF. Nous avons ensuite examiné plus précisément les exigences de liaison du MSEu en utilisant des concurrents dans lesquels des résidus spécifiques étaient substitués par des bases méthylées ou de l'inosine (Fig. 1 C). Dans le concurrent MSEu.CI, chaque résidu T est substitué par un résidu C, tandis que l'inosine se substitue à A. Le résultat est un MSEu mutant dans lequel des changements spécifiques ont été introduits dans le sillon majeur, tout en laissant le sillon mineur inchangé. Compte tenu de la gravité des changements apportés au sillon principal, nous aurions pu nous attendre à ce que le site MSEu.CI ne lie pas MSF. Cependant, MSF a conservé la capacité de se lier à l'oligonucléotide MSEu.CI mais environ 5 fois moins efficacement que le MSEu de type sauvage. En revanche, la liaison à un MSEu dans lequel chaque résidu G a été méthylé (MSEu.mG) a réduit la liaison MSF de plus de 25 fois, ce qui indique que la présence de groupes méthyle dans la rainure principale du brin supérieur a gravement affecté la liaison par MSF. Étonnamment, d'autre part, la méthylation de deux résidus C sur le brin inférieur (MSEu.mC) n'a pas affecté la liaison par MSF. Prises ensemble, ces données indiquent que MSF se lie asymétriquement dans le sillon principal avec la présence de groupes méthyle sur le brin supérieur empêchant la liaison à l'ADN, tandis que les groupes méthyle sur le brin inférieur n'ont aucun effet. Utilisation du MSEi comme sonde (Fig. 1 D), nous avons également pu montrer qu'une substitution similaire de T par C et de A par l'inosine au sein du MSEi (MSEi.CI) n'avait qu'un effet mineur sur la liaison par MSF. Comme avec la sonde MSEu, la liaison par MSF au MSEi a également été efficacement concurrencée par un oligonucléotide où deux résidus C sur le brin inférieur ont été méthylés (MSEu.mC) et où un résidu C flanquant en 3′ a été méthylé (MSEu.mC2). Les résultats obtenus pour la liaison à la sonde MSEi sont donc tout à fait cohérents avec ceux obtenus à l'aide de la sonde MSEu. Les données obtenues pour le MSEu suggéraient que MSF se liait asymétriquement dans le sillon principal et que chaque base au sein du MSEu était essentielle pour la liaison de MSF. Nous avons précédemment décrit une mutation du promoteur TRP-1 dans laquelle 4 bases au sein du MSEi sont altérées (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Cette mutation, appelée LSMSEi, entraîne une augmentation jusqu'à 80 fois de l'activité du promoteur TRP-1 dans les lignées cellulaires de mélanomes ou de mélanocytes (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar). Conformément à Tbx2 agissant comme un répresseur de l'expression de TRP-1, Tbx2 est incapable de lier le mutant LSMSEi (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar). En revanche, la liaison par MSF est relativement efficace, étant seulement environ 5 fois réduite par rapport à un MSEi de type sauvage (Fig.2). Le résultat a été surprenant, car bien que chaque base de la MSEu ait été importante pour la liaison à MSF, la mutation de 4 bases au sein de la MSEi n'a pas affecté la liaison par MSF de plus de 5 fois. Une explication possible était que la liaison au MSEi nécessitait des séquences en dehors du motif GTGTGA de base. Dans le but d'identifier un tel site de liaison auxiliaire, nous avons introduit des mutations supplémentaires dans le motif GTGTGA du noyau MSEi ainsi que dans les séquences flanquantes. Les mutants utilisés sont montrés dans la Fig.3 A, et les résultats des tests de liaison à l'ADN obtenus en utilisant ces formes mutantes du MSEi comme compétiteurs sont montrés dans la Fig. 3 B. Comme indiqué ci-dessus, la liaison de MSF au MSEi est concurrencée par le mutant LSMSEi environ 3 à 5 fois moins efficacement que le MSEi de type sauvage. L'introduction de mutations dans les séquences 5′ du motif GTGTGA (mutants M1 et M2) n'a pas affecté la liaison par MSF. En revanche, la mutation d'une séquence 3'riche en AT en MSEi dans le mutant M3 a entraîné une réduction considérable de la liaison MSF d'environ 25 fois, ce qui indique que cette région peut représenter l'élément auxiliaire de reconnaissance MSF anticipé. La mutation des 2 premières bases du MSEi dans le mutant M4 a réduit la liaison d'environ 3 fois, alors qu'une mutation affectant les mêmes bases avec les 3 bases immédiatement 3′ au motif GTGTGA a de nouveau inhibé la liaison par MSF d'environ 25 fois. Cependant, le mutant M6, qui affecte la séquence flanquante 3′ seule, se lie à MSF avec seulement une réduction d'environ 2 fois de l'efficacité. La figure 3 se lie à la MSEi. A, les séquences des sondes et des concurrents utilisés avec le MSEi surligné et les mutations indiquées en lettres minuscules soulignées. B, Band Shift Assay using indicated probes and competitors at 10, 50, and 250 ng.View Large Image Figure ViewerDownload Hi-res image Download (PPT) In summary, the whole series of DNA binding assays would indicate that at the MSEu each base is important for binding with asymetric recognition of the major groove, while at the MSEi, though bases within the GTGTGA motif are important, a significant contribution to binding is made at the 3′-flanking sequences, most notably by the AT-rich motif affected by the M3 mutation. Ce modèle de reconnaissance de l'ADN rappelle extrêmement la liaison de l'ADN par les membres de la famille des homéodomaines appariés, qui jouent des rôles régulateurs clés au cours du développement (pour un examen, voir Réf. 25Dahl E. Koseki H. Balling R. Bioessays. 1997 ; 19: 755-765Crossref PubMed Scopus (319) Google Scholar). La reconnaissance de l'ADN par le domaine apparié est complexe, avec différents domaines appariés capables de reconnaître différentes séquences bien que apparentées. De la structure cristalline de la protéine Drosophila Prd (26Xu W. Rould M.A. Jun S. Desplan C. Pabo C.O. Cell. 1995 ; 80: 639-650Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (312) Google Scholar), il est néanmoins évident que les effets des mutations introduites dans le MSEu seraient compatibles avec la reconnaissance de ce motif par un domaine apparié, alors que l'homéodomaine (27Wilson D.S. Guenther B. Desplan C. Kuriyan J. Cell. 1995 ; 82: 709-719Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (306) Google Scholar), qui peut coopérer dans la liaison de l'ADN avec le domaine apparié (28Jun S. Desplan C. Development. 1996 ; 122: 2639-2650Crossref PubMed Google Scholar), serait en mesure de cibler le motif 3′ riche en AT sur l'élément MSEi GTGTGA. Si MSF était effectivement membre de la famille des facteurs de transcription homéodomaine appariés, le candidat le plus probable serait Pax3, qui a été impliqué génétiquement dans la régulation du développement des mélanocytes, à la fois chez les souris Splotch (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) et dans le syndrome de Waardenburg humain de type 1 (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992 ; 355: 635-636Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar,30Baldwin C.T. Hoth C.F. Amos J.A. da-Silva E.O. Milunsky A. Nature. 1992 ; 355: 637-638Crossref PubMed Scopus (415) Google Scholar). Cependant, le défaut génétique associé à la perte de Pax3 pourrait refléter la perte de cellules précurseurs des mélanoblastes, plutôt qu'une incapacité spécifique de Pax3 à réguler l'expression des gènes après l'engagement dans la lignée mélanocytaire. De plus, bien que l'expression ectopique de Pax3 puisse réguler le promoteur Mitf et lier le promoteur in vitro, de manière surprenante, il n'avait pas été déterminé auparavant si Pax3 est en fait exprimé dans les cellules de la lignée mélanocytaire. Ainsi, avant de tenter de déterminer si MSF était liée à Pax3, il était essentiel d'établir que Pax3 était bien exprimée en mélanocytes. Nous avons donc réalisé un Western blot en utilisant la lignée cellulaire mélanocytaire de souris melan-a, ainsi que les lignées cellulaires de mélanome B16 de souris et 501 humain et sondé avec un anticorps anti-Pax3 spécifique. ITT Pax3 a été utilisé comme contrôle. Les résultats (Fig. 4) indiquent que Pax3 est exprimé à la fois dans les lignées cellulaires de mélanocytes et de mélanomes, mais pas dans la lignée cellulaire 3T3 non apparentée, un résultat confirmé à la fois par réaction en chaîne de la polymérase de transcription inverse et par transfert de Northern (données non présentées). 2Dot Bennett, St. George' s Hospital Medical School, Londres, communication personnelle. L'absence de Pax3 dans les cellules 3T3 est en accord avec notre travail précédent où l'activité de liaison à l'ADN de MSF n'a pas été détectée dans les cellules 3T3 (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). La bande migratoire supplémentaire plus rapide observée à l'aide de la lignée cellulaire de mélanome B16 peut représenter un produit de dégradation de Pax3. Le fait que Pax3 soit exprimé dans les mélanocytes et les cellules de mélanome a ajouté du poids à l'argument selon lequel MSF et Pax3 étaient liés. De manière significative, sélection du site de liaison à l'ADN pour les séquences de reconnaissance Pax3 de haute affinité (31Chalepakis G. Gruss P. Gene. 1995 ; 162: 267-270Crossref PubMed Scopus (69) Google Scholar) a identifié un certain nombre de séquences présentant une très forte homologie avec le MSEu ou le MSEi, y compris par exemple AAGTGTGAC, identique au MSEu sur 9 paires de bases, et une séquence de 8 paires de bases identique au MSEi, TGGTGTGA, qui était également située à une courte distance en amont d'un élément riche en AT. Compte tenu du fait que Pax3 est exprimé dans les cellules de la lignée mélanocytaire, les données de liaison à l'ADN étaient cohérentes avec le fait que MSF était Pax3. En outre, en utilisant Pax3 transcrit/traduit in vitro dans un test de changement de bande (Fig. 5) avec la sonde MSEu et en concurrence avec une sélection d'oligonucléotides utilisés pour déterminer la spécificité de liaison à l'ADN de MSF montrée à la Fig. 1, il était évident que Pax3 et MSF reconnaissaient l'ADN d'une manière très similaire. Ainsi, par exemple, Pax3 pouvait reconnaître à la fois les éléments MSEu et MSEi, était moins affecté par la mutation pm2 que les autres mutations ponctuelles dans le MSEu, et liait l'oligonucléotide mC mais pas le concurrent mG, indiquant que, comme MSF, la liaison de l'ADN par Pax3 était différemment affectée par la méthylation des brins supérieurs ou inférieurs du site de liaison du MSEu. Nous avons également utilisé des sondes correspondant soit à un site de liaison Pax3 consensuel, soit aux éléments MSEu ou MSEi pour montrer que Pax3 pouvait reconnaître les séquences promotrices de la TRP-1 (Fig.6 A). Aucune liaison n'a été observée en utilisant une réaction ITT non programmée (non représentée). Nous avons ensuite choisi d'utiliser une approche alternative pour enquêter de plus près sur l'identité de MSF. À cette fin, nous avons utilisé un test de coupure protéolytique qui est utilisé pour identifier les protéines de liaison à l'ADN hautement apparentées (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988 ; 7: 4221-4229Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar) et que nous avons déjà utilisé pour identifier le facteur de transcription Brn-2 dans les cellules de mélanome (23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding c.r. Oncogene. 1995 ; 11: 2157-2164PubMed Google Scholar). Dans ce test, l'extrait nucléaire ou la protéine transcrite/traduite in vitro est soumis à des concentrations croissantes d'une enzyme protéolytique et des produits de clivage spécifiques, qui conservent la capacité de se lier à l'ADN, sont détectés à l'aide d'un test de changement de bande et d'une sonde radiomarquée appropriée. Le schéma des produits de clivage liés à l'ADN obtenus est très spécifique pour une protéine donnée, étant dépendant non seulement de la position précise des sites de clivage spécifiques de la protéase dans la séquence d'acides aminés primaire, mais aussi de leur accessibilité relative au sein de la protéine, qui est dictée par la conformation de la protéine. Un modèle spécifique de produits liés à l'ADN est donc le diagnostic d'une protéine particulière. Pour étudier la possibilité que MSF et Pax3 soient identiques, nous avons initialement effectué des tests de changement de bande en utilisant un site de liaison Pax3 consensuel comme sonde et un extrait nucléaire de cellule ITT Pax3 ou B16 pour évaluer si l'activité de liaison à l'ADN Pax3 était présente dans l'extrait nucléaire B16. Après avoir laissé la protéine se lier à la sonde, les réactions de liaison à l'ADN ont été traitées avec des quantités limitées de trypsine, de chymotrypsine ou de protéase V8. Les résultats obtenus sont présentés dans la Fig. 6 B et démontrent clairement que les extraits nucléaires B16 contiennent Pax3 : premièrement, la migration relative du complexe intact obtenu à l'aide de l'extrait ITT Pax3 et B16 est identique ; et deuxièmement, le motif des complexes de liaison à l'ADN obtenus après un traitement protéolytique à l'aide de l'une des trois protéases est identique lorsque l'on compare l'extrait ITT Pax3 à l'extrait B16. Étant donné que les résultats des tests de liaison à l'ADN protéolytique indiquent que Pax3 est présent dans les extraits nucléaires de cellules de mélanome B16, nous avons ensuite comparé le modèle de bandes obtenu à l'aide d'une sonde Pax consensuelle à ceux obtenus à l'aide d'une sonde MSEu avec l'extrait nucléaire de cellules B16 et le clivage de la chymotrypsine (Fig. 6 C). Encore une fois, la migration relative et le motif des bandes intactes et clivées protéolytiquement obtenues avec les sondes Pax et MSEu sont identiques, et les mêmes que ceux obtenus en utilisant ITT Pax3 (comparer avec Fig.6 B), suggérant fortement que le MSEu est reconnu par Pax3. La spécificité de ce test est mise en évidence par le fait que le facteur homéodomaine Pax6 apparié hautement apparenté peut se lier à la sonde MSEi, mais le complexe Pax6 MSEi migre différemment de ceux contenant MSF ou Pax3, et de plus le schéma de clivage V8 est différent pour Pax6 (Fig. 6 D) mais identique lors de l'utilisation de Pax3 ou MSF. Pris ensemble, les résultats obtenus à partir des tests de liaison à l'ADN et de coupure protéolytique sont cohérents avec le fait que MSF et Pax3 sont identiques. Pour confirmer que MSF et Pax3 étaient bien les mêmes, nous avons utilisé l'anticorps spécifique anti-Pax3 utilisé pour le transfert Western illustré à la figure 4, dans un test de changement de bande utilisant une sonde MSEi ou MSEu et un extrait nucléaire de cellules B16. Les résultats présentés sur la figure 7 démontrent que la liaison de l'ADN par MSF à l'une ou l'autre des sondes était fortement inhibée par l'anticorps anti-Pax3, mais n'était pas affectée par l'utilisation d'un anticorps anti-Mitf que nous avons utilisé dans des tests similaires pour inhiber la liaison de Mitf à la boîte M (non représentée). Ainsi, les tests de coupure protéolytique ainsi que les supershifts d'anticorps sont cohérents avec MSF et Pax3 étant identiques. Si MSF et Pax3 sont identiques, nous pourrions nous attendre à ce que Pax3 régule la transcription du promoteur TRP-1. Pour répondre à cette question, nous avons transfecté des cellules de mélanome B16 avec un rapporteur de luciférase TRP-1 s'étendant entre −336 et +114 (Fig. 8 A) seul ou avec un vecteur exprimant Pax3. Les résultats obtenus ont démontré que l'augmentation de la quantité de plasmide d'expression Pax3 utilisé dans la transfection entraînait une augmentation de l'activité du promoteur TRP-1 (Fig. 8 B) avec une activation jusqu'à 12 fois obtenue à la quantité la plus élevée de vecteur d'expression Pax3 utilisé. L'activation de TRP-1 était spécifique car aucune activation d'un rapporteur tyrosinase-luciférase n'a été observée (Fig. 8 C), ce qui est cohérent avec le fait que le promoteur de la tyrosinase manque de sites de liaison pour Pax3(MSF). Pour demander si le MSEu ou le MSEi étaient nécessaires pour l'activation par Pax3, nous avons également utilisé des rapporteurs dans lesquels le MSEu ou le MSEi avaient été mutés. Plus précisément, la mutation MSEi utilisée était celle affectant le site de reconnaissance auxiliaire de Pax3, MSEi.m3, car cette mutation n'affecte pas la liaison par Tbx2 ; le mutant MSEu, LSMSEu, ne parvient pas à se lier à Pax3 ou à Tbx2 et a été utilisé, car nous n'avons pas encore identifié de mutations ponctuelles qui distinguent la liaison par ces deux protéines au niveau de la MSEu. Contrairement au promoteur TRP-1 de type sauvage, qui a été activé par Pax3, ni le mutant MSEi.M3 ni le mutant LSMSEu n'ont été affectés même aux doses les plus élevées de vecteur d'expression Pax3 (Fig. 8, D et E). Nous concluons que Pax3 peut activer le promoteur TRP-1, mais que l'activation efficace semble nécessiter à la fois le MSEu et le MSEi. Parce que Pax3 et SOX10, une protéine de la boîte HMG, ont été signalés pour activer la transcription de manière synergique dans les cellules gliales (32Kuhlbrodt K. Herbarth B. Sock E. Hermans-Borgmeyer I. Wegner M. J. Neurosci. 1998 ; 18: 237-250Crossref PubMed Google Scholar) et parce que Sox10, ainsi que Pax3, sont impliqués dans le développement des mélanocytes (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.-O. Puliti A. Herbarth B. Hermans-Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton-Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998 ; 18: 171-173Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar,10Southard-Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998 ; 18: 60-64Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), nous avons également demandé si l'expression de Sox10 pouvait affecter l'activation de TRP-1 par Pax3. Le rapporteur de la luciférase TRP-1 a été transfecté dans des cellules de mélanome B16 avec différents rapports de vecteurs exprimant Pax3 et Sox10. Dans aucune expérience, nous n'avons pu observer de coopérativité entre Pax3 et Sox10 sur le promoteur TRP-1 (données non présentées). Nous avons précédemment établi que le promoteur TRP-1 est régulé par une combinaison d'éléments positifs et négatifs (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 17Lowings P. Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1992 ; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar). Un élément positif, la boîte M, est ciblé par Mitf (33Yavuzer U. Keenan E. Lowings P. Vachtenhein J. Currie G. Goding c.r. Oncogene. 1995 ; 10: 123-134PubMed Google Scholar), alors que deux éléments supplémentaires, appelés MSEu et MSEi, sont reconnus par le facteur T-box Tbx2 et une protéine de liaison à l'ADN non identifiée auparavant connue sous le nom de MSF (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar). Pour bien comprendre la réglementation du promoteur de la TRP-1, il était important d'établir l'identité de MSF. Ici, nous montrons, en utilisant une combinaison de coupures protéolytiques et de tests de liaison à l'ADN ainsi qu'en utilisant un anticorps anti-Pax3 spécifique, que MSF et Pax3 semblent être identiques, et que Pax3 peut réguler à la hausse l'activité du promoteur TRP-1 dans les tests de co-transfection. Nous démontrons également pour la première fois que Pax3 est exprimé dans les mélanocytes et les cellules de mélanome. Pax3 a déjà été identifié génétiquement comme jouant un rôle essentiel dans le développement des mélanocytes ; des mutations dans Pax3 peuvent donner lieu au phénotype Splotch chez la souris (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991 ; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) or Waardenburg' s syndrome type-1 in humans (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992 ; 355: 635-636Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar, 35Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Patton M. Gruss P. Harris R. Strachan T. Nat. Genet. 1993 ; 3: 26-30Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 36Baldwin C.T. Lipsky N.R. Hoth C.F. Cohen T. Mamuya W. Milunsky A. Hum. Mutat. 1994 ; 3: 205-211Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Le Splotch et le syndrome de Waardenburg de type 1 sont tous deux caractérisés par une perte partielle de mélanocytes dérivés de la crête neurale qui peut être expliquée, au moins en partie, par une exigence de Pax3 pour l'expression du gène codant Mitf (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998 ; 18: 283-286Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar). Cependant, la capacité de Pax3 à se lier et à activer le promoteur TRP-1 suggère un rôle supplémentaire pour Pax3 dans la régulation de la différenciation des mélanocytes. Bien que le MSEu et le MSEi puissent agir comme des éléments régulateurs négatifs, les expériences présentées ici suggèrent que Pax3 peut fonctionner comme un régulateur positif de l'expression de la TRP-1. Par exemple, la mutation LSMSEi peut entraîner une augmentation jusqu'à 80 fois de l'activité du promoteur TRP-1 (16Yavuzer U. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1994 ; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar,34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar), mais cette mutation n'a pas affecté la liaison par Pax3 de plus de 5 fois environ, alors que la transfection d'un vecteur d'expression Pax3 a entraîné une augmentation de l'expression d'un gène rapporteur entraîné par le promoteur TRP-1. Conformément au fait que Pax3 n'est pas responsable de la répression du promoteur TRP-1 dans les lignées cellulaires de mélanocytes ou de mélanomes, l'analyse mutationnelle ponctuelle précédente du MSEu et du MSEi a démontré que la reconnaissance du MSEu et du MSEi par Tbx2 était corrélée à la répression transcriptionnelle (34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding c.r. Mol. Cell. Biol. 1998 ; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar). Prises ensemble, ces données suggèrent qu'au MSEu et au MSEi, Tbx2 peut réprimer et Pax3 activer l'expression de TRP-1. De plus, bien que la spécificité de liaison à l'ADN de Tbx2 et Pax3 soit distincte, par exemple Pax3 mais pas Tbx2 peut se lier au mutant LSMSEi, ils nécessitent clairement des séquences qui se chevauchent. En tant que tel, il semble probable que la liaison par Pax3 et Tbx2 est mutuellement exclusive. Ce qui détermine si un site de liaison donné est reconnu par Pax3 ou Tbx2 à un moment donné sera déterminé par plusieurs facteurs, notamment les concentrations relatives de chaque facteur dans la cellule et la nature de toute régulation dictée par l'activité de voies de transduction de signal spécifiques. À l'heure actuelle, on ne sait pratiquement rien des facteurs régissant l'activité ou l'expression de Tbx2 ou de Pax3. Nous avons montré ici que Pax3 est exprimé dans les mélanocytes ainsi que dans les lignées cellulaires de mélanome. L'analyse par Northern blot2 a également établi que Pax3 est exprimé à la fois dans les mélanoblastes et dans les cellules qui ont les caractéristiques des précurseurs des mélanoblastes. TRP-1 et Mitf, d'autre part, sont exprimés à la fois dans les mélanoblastes et les mélanocytes, mais ne sont pas exprimés avant l'engagement dans la lignée mélanocytaire. Ainsi au cours du développement, l'expression de Pax3 seule est nettement insuffisante pour permettre l'expression de TRP-1 ou de Mitf. Comme il a également été démontré que Pax3 régulait à la hausse le promoteur Mitf, un mécanisme doit fonctionner pour empêcher Pax3 d'activer de manière inappropriée les promoteurs Mitf et TRP-1 dans les cellules précurseurs des mélanoblastes. Une possibilité est que dans les cellules précurseurs des mélanoblastes, Pax3 manque d'un cofacteur essentiel pour lui permettre d'activer la transcription. Alternativement, parce qu'il a été démontré que Pax3 possède des domaines qui médient soit l'activation de la transcription, soit la répression de la transcription (37Chalepakis G. Jones F.S. Edelman G.M. Gruss P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1994 ; 91: 12745-12749Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar), il est également possible que Pax3 agisse pour réprimer la transcription chez les pré-mélanoblastes, mais active la transcription après la transition vers un mélanoblaste. Un tel changement nécessiterait soit que Pax3 soit régulé par des voies de transduction de signal spécifiques et/ou qu'il y ait un recrutement sélectif de cofacteurs de Pax3 pour médier ses fonctions d'activation/répression de la transcription. Bien que l'on ne sache pas comment Pax3 est régulé, il a récemment été montré que Pax3 peut interagir avec HIRA, un facteur impliqué dans la modulation de la chromatine et un homologue des co-répresseurs transcriptionnels de Saccharomyces cerevisiae (38Magnaghi P. Roberts C. Lorain S. Lipinski M. Scambler P.J. Nat. Genet. 1998 ; 20: 74-77Crossref PubMed Scopus (113) Google Scholar). Cette observation suggère que l'un des rôles de Pax3 est d'organiser la structure de la chromatine parmi les promoteurs cibles de Pax3, bien que l'interaction entre Pax3 et HIRA entraîne une régulation positive ou négative de la transcription n'est pas claire. Il est également possible que ce soit le niveau d'expression de Pax3 en soi qui soit le facteur critique, la quantité de protéine Pax3 présente dans une cellule devant dépasser un seuil avant que l'activation du promoteur Mitf puisse se produire. Cela peut être particulièrement pertinent parce que les mélanoblastes expriment des niveaux plus élevés de Pax3 que les précurseurs mélanoblastiques.2 Cette situation semble se produire pendant le développement musculaire où Pax3 est nécessaire à l'expression de MyoD (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997 ; 89: 127-138Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar, 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997 ; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). Particulièrement intéressant est le constat que si les cellules dérivées du tube neural dissocié expriment normalement Pax3, elles sont induites à subir une myogenèse par infection par un rétrovirus exprimant Pax3 (14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997 ; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). Ce résultat suggère que la capacité de Pax3 à induire la myogenèse est normalement supprimée par un inhibiteur et que l'élévation des niveaux de Pax3 surmonte la répression et conduit à la myogenèse. La nature du répresseur est inconnue, mais il se peut qu'un mécanisme similaire agisse pour empêcher Pax3 d'induire l'expression de TRP-1 ou de Mitf dans les cellules précurseurs de mélanoblastes. Nos travaux futurs tenteront de résoudre ce problème. Nous remercions le Dr Michael Wegner d'avoir fourni un vecteur d'expression Pax3 et le Dr Martine Roussel (St. Jude Children' s Research Hospital, Memphis, TN) pour l'anticorps anti-Pax3. Nous apprécions également les dons de 501 cellules mel du Dr Ruth Halaban et du vecteur baculovirus exprimant Pax6 du Dr Penny Rashbass.Translated Description (Spanish)
Trabajos previos han establecido que el promotor de la proteína 1 relacionada con la tirosinasa específica de melanocitos (TRP-1) está regulado positivamente por el factor de transcripción asociado a la microftalmia Mitf, que actúa a través de la caja M conservada y negativamente por el factor Tbx2 de la caja T, que puede unirse a dos "elementos específicos de melanocitos" denominados MSEu y MSEi. Tanto el MSEu como el MSEi, que comparten un consenso GTGTGA de 6 pares de bases, también son reconocidos por un factor específico de melanocitos no identificado previamente, MSF. Aquí mostramos usando una combinación de ensayos de unión a ADN, recorte proteolítico y anticuerpos anti-Pax3 que MSF es indistinguible de Pax3, un factor de transcripción de homeodominio emparejado implicado genéticamente en el desarrollo de melanocitos y la regulación del promotor Mitf. De acuerdo con la capacidad de Pax3 para unirse al promotor de TRP-1, Pax3 se expresa en melanocitos y melanomas, y la actividad del promotor de TRP-1 está regulada positivamente por Pax3. Los resultados identifican un papel novedoso para Pax3 en la expresión de TRP-1, y se discute el papel potencial de Pax3 en el linaje de melanocitos. Trabajos previos han establecido que el promotor de la proteína 1 relacionada con la tirosinasa específica de melanocitos (TRP-1) está regulado positivamente por el factor de transcripción asociado a la microftalmia Mitf, que actúa a través de la caja M conservada y negativamente por el factor Tbx2 de la caja T, que puede unirse a dos "elementos específicos de melanocitos" denominados MSEu y MSEi. Tanto el MSEu como el MSEi, que comparten un consenso GTGTGA de 6 pares de bases, también son reconocidos por un factor específico de melanocitos no identificado previamente, MSF. Aquí mostramos usando una combinación de ensayos de unión a ADN, recorte proteolítico y anticuerpos anti-Pax3 que MSF es indistinguible de Pax3, un factor de transcripción de homeodominio emparejado implicado genéticamente en el desarrollo de melanocitos y la regulación del promotor Mitf. De acuerdo con la capacidad de Pax3 para unirse al promotor de TRP-1, Pax3 se expresa en melanocitos y melanomas, y la actividad del promotor de TRP-1 está regulada positivamente por Pax3. Los resultados identifican un papel novedoso para Pax3 en la expresión de TRP-1, y se discute el papel potencial de Pax3 en el linaje de melanocitos. Factor específico de melanocitos transcrito/traducido in vitro de proteína-1 relacionada con tirosinasa El desarrollo del linaje de melanocitos presenta una oportunidad fascinante para analizar la compleja interacción entre las vías de transducción de señales y los factores de transcripción, que subyace al desarrollo. Debido a que los melanocitos no son esenciales para la viabilidad y las variaciones en la pigmentación son obvias (1Silvers W.K. The Coat Colors of Mice. Springer-Verlag, Nueva York1979Crossref Google Scholar), más de 70 loci genéticos independientes se han implicado en el desarrollo o la función de estas células productoras de melanina. De los aproximadamente 20 que se han clonado hasta la fecha, algunos, como los genes que codifican la tirosinasa o la proteína 1 relacionada con la tirosinasa (TRP-1),1 tienen una función claramente definida en la génesis del pigmento. Por otro lado, genes como la endotelina B (2Baynash A.G. Hosoda K. Giaid A. Richardson J.A. Emoto N. Hammer R.E. Yanagisawa M. Cell. 1994; 79: 1277-1285Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (838) Google Scholar, 3Puffenberger E.G. Hosoda K. Washington S.S. Nakao K. de Wit D. Yanagisawa M. Chakravart A. Cell. 1994; 79: 1257-1266Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (804) Google Scholar, 4Hosoda K. Hammer R.E. Richardson J.A. Baynash A.G. Cheung J.C. Giaid A. Yanagisawa M. Cell. 1994; 79: 1267-1276Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (905) Google Scholar) y receptores c-Kit (5Nocka K. Majumder S. Chabot B. Ray P. Cervone M. Bernstein A. Besmer P. Genes Dev. 1989; 3: 816-826 Crossref PubMed Scopus (419) Google Scholar), y la microftalmia (6Hodgkinson C.A. Moore K.J. Nakayama A. Steingrimsson E. Copeland N.G. Jenkins N.A. Arnheiter H. Cell. 1993; 74: 395-404Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (959) Google Scholar, 7Tassabehji M. Newton V.E. Read A.P. Nat. Genet. 1994; 8: 251-255Crossref PubMed Scopus (580) Google Scholar, 8Moore K.J. Trends Genet. 1995; 11: 442-448Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (202) Google Scholar), Sox10 (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.-O. Puliti A. Herbarth B. Hermans-Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton-Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998; 18: 171-173Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar, 10Southard-Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998; 18: 60-64Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), y Pax3 (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) se han implicado factores de transcripción en la vía de desarrollo que conduce a la génesis del melanocito productor de pigmento maduro a partir de una célula precursora de melanoblastos no pigmentada que se origina en la cresta neural del tronco. Particularmente interesantes son las mutaciones que afectan al factor de transcripción del homeodominio emparejado con Pax3, ejemplificado por el alelo de mancha (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar), que expresa una proteína Pax3 truncada. Aunque los homocigotos de la mancha mueren en el útero, los ratones heterocigotos de la mancha exhiben defectos de pigmentación resultantes de la pérdida de una proporción de los melanoblastos que migran lejos de la cresta neural. La pérdida de melanocitos en ratones con manchas puede explicarse por el hecho de que recientemente se ha demostrado que Pax3 activa la expresión del promotor para el gen que codifica el factor de transcripción de cremallera de hélice-bucle-hélice-hélice-leucina (Mitf) básico asociado a la microftalmia (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998; 18: 283-286Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar); los ratones desprovistos de Mitf funcional carecen de todas las células pigmentarias, y una disminución en los niveles de Mitf resultante de la pérdida monoalélica de Pax3 explicaría el defecto de pigmentación exhibido por los ratones con manchas. La capacidad de Pax3 para regular la expresión de Mitf es paralela al papel de Pax3 en la formación de músculo esquelético donde se requiere para la expresión de los factores básicos de transcripción hélice-bucle-hélice MyoD, Myf-5 y miogenina (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997; 89: 127-138Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar, 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar), que desempeñan funciones esenciales en la miogénesis. El papel de Pax3 en la regulación de la expresión de MITF y, en consecuencia, el desarrollo de melanocitos, parece estar relativamente bien definido, sin embargo, no se sabe si Pax3 también podría desempeñar un papel en la diferenciación de los melanocitos, caracterizada por la expresión de los genes implicados en la fabricación del pigmento melanina, un proceso específico de este tipo de células. Hemos caracterizado previamente los requisitos de acción cis para la expresión de los promotores de tirosinasa humana y TRP-1 de ratón (15Bentley N.J. Eisen T. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 7996-8006Crossref PubMed Scopus (429) Google Scholar, 16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 17Lowings P. Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1992; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar). Ambos promotores dependen de la actividad de Mitf, que actúa a través de una caja E iniciadora en el promotor de tirosinasa (15Bentley N.J. Eisen T. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 7996-8006Crossref PubMed Scopus (429) Google Scholar), así como a través del elemento de caja M altamente conservado (17Lowings P. Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1992; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar, 18Aksan I. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 6930-6938Crossref PubMed Scopus (183) Google Scholar) presente en los promotores para los genes de tirosinasa, TRP-1 y TRP-2. La expresión de TRP-1 también está regulada por dos elementos adicionales con la secuencia GTGTGA denominada MSEu y MSEi, que parecen actuar como fuertes secuencias reguladoras negativas (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar). Tanto el MSEu como el MSEi son reconocidos por un factor no identificado denominado MSF. Sin embargo, el análisis de mutaciones puntuales reveló que la unión por parte de MSF no se correlacionaba con la represión del promotor de TRP-1, sino que más bien puede estar involucrada en la regulación positiva de la expresión de TRP-1 (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). En cambio, la represión parece corresponder a la unión por Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar), un miembro de la familia de factores de transcripción T-box (20Smith J. Curr. Opin. Genet. Dev. 1997; 7: 474-480Crossref PubMed Scopus (115) Google Scholar, 21Papaioannou V.E. Silver L.M. Bioessays. 1998; 20: 9-19 Crossref PubMed Scopus (271) Google Scholar) expresado en melanoblastos y melanocitos. Si Tbx2 actúa como el represor de TRP-1, la pregunta seguía siendo sobre la naturaleza de MSF. Aquí demostramos, utilizando una combinación de clipping proteolítico y ensayos de unión al ADN, que MSF es, de hecho, Pax3. Además, demostramos que Pax3 puede activar la expresión de TRP-1 en ensayos de transfección y que Pax3 se expresa en melanocitos y melanomas. Por lo tanto, Pax3, que desempeña un papel esencial en el desarrollo temprano de melanocitos, también regula un marcador de diferenciación de melanocitos, TRP-1. La línea celular de melanoma de ratón, B16, se cultivó en RPMI 1640 con suero de ternera fetal al 10%. Las transfecciones se realizaron utilizando el reactivo Fugene (Roche Molecular Biochemicals), de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Las células se colocaron en placas a 1 × 104/24 pocillos/placa 24 h antes de la transfección. Se mezcló un total de 600 ng de ADN con 1 μl de Fugene en 60 μl de medio libre de suero, se dejó durante 15 min a temperatura ambiente y luego se añadió a las células. 48 h después de la transfección, las células se lavaron 2 veces con solución salina amortiguada con fosfato fría y se cosecharon usando 100 μl de amortiguador de lisis (fosfato de potasio 100 mm, pH 7.8, Triton X-100 al 0.2%, 1 mmditiotretol). Los ensayos de luciferasa se realizaron utilizando el sistema de ensayo de luciferasa Promega con 20 μl de extracto celular de acuerdo con las instrucciones del fabricante. La actividad de luciferasa se detectó utilizando un aparato de luminómetro de microplaca (MicroLumat Plus, EG&G Berthold). Todas las transfecciones se repitieron usando diferentes cantidades de ADN, y pCH110 que contiene el promotor SV40 que dirige la expresión de un indicador LacZ se usó como un control interno para la eficiencia de transfección (1 μg/transfección). El plásmido parental utilizado para todos los ensayos de luciferasa fue el vector pGL3-Basic (Promega). El promotor de TRP-1 (-336/+114) y su forma mutada LS-MSEu, descrito anteriormente (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar), se subclonaron como fragmentos Xba I/HindIII en el vector pGL3 (Nhe I/HindIII). El mutante MSEi.M3 se aisló en tres etapas mediante mutagénesis basada en la reacción en cadena de la polimerasa y se clonó como un fragmento XbaI/HindIII en el vector pGL3. Los detalles de la estrategia de clonación precisa utilizada están disponibles bajo petición. Los ensayos de cambio de banda se realizaron en un volumen final de 20 μl que contenía HEPES (pH 7,9), glicerol al 10% y KCl 112 mm. Los extractos nucleares se prepararon como se describió anteriormente (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). La proteína transcrita/traducida (ITT) in vitro se elaboró de acuerdo con las instrucciones del fabricante (transcripción acoplada rápida Promega TNT T7). Los extractos nucleares o ITT Pax3 se preincubaron a 0 °C con 1 μg de poli(dIdC·dIdC) durante 10 min antes de la adición de 10, 50 o 250 ng de ADN competidor frío. Después de un período de incubación adicional de 10 min, se añadieron aproximadamente 0,5 ng de sonda oligonucleotídica, marcada en cada extremo rellenando salientes 5'con polimerasa Klenow y el [α-32P]dNTP apropiado, a la reacción durante 20 min adicionales antes de cargarla en un gel de poliacrilamida al 8% (relación acrilamida/bisacrilamida 44:1) y electroforesis a 200 V durante 1,5 h. Las secuencias de oligonucleótidos bicatenarios utilizadas como sondas son las siguientes: MSEi, 5′-ctagaGAATTCACTGGTGTGAGAAGGGATTAGTt-3′; MSEu, 5′-ctagaAAAGCTAACAGAAAATACAAGTGTGACATTt-3′; PAX3, 5′-ctagaCACCGCACGATTAGCATCGTCACGCTTCAG-3′. Las secuencias de la competencia se describen en las figuras. Clipping proteolítico (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988; 7: 4221-4229Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar, 23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding C.R. Oncogene. 1995; 11: 2157-2164PubMed Google Scholar) se logró añadiendo 10, 100 o 1000 ng de tripsina o quimotripsina, o proteasa V8 a la reacción de desplazamiento de banda estándar después de 10 min de incubación con la sonda y se cargaron en el gel después de 10 min adicionales de incubación a temperatura ambiente. El anticuerpo anti-Pax3 específico utilizado en este estudio se ha descrito previamente (24Lam P.Y. Sublett J.E. Hollenbach A.D. Roussel M.F. Mol. Cell. Biol. 1999; 19: 594-601 Crossref PubMed Scopus (97) Google Scholar) y fue un amable regalo de la Dra. Martine Roussel (St. Jude Children 's Research Hospital, Memphis, TN). Además de la caja M, el promotor TRP-1 está regulado por los elementos MSEu y MSEi, que comparten un motivo GTGTGA (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Esta secuencia es reconocida tanto por el factor de caja T Tbx2 (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Google Scholar) y por un factor encontrado en todas las líneas celulares de melanocitos y melanoma probadas denominado MSF (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Era esencial establecer la identidad de MSF si se quería entender la regulación de TRP-1. Como primer paso, examinamos los requisitos precisos para el reconocimiento de secuencias por parte de MSF mediante el uso de una serie de oligonucleótidos (Fig.1 A) que tienen sustituciones específicas en los elementos MSEu y MSEi. Estos oligonucleótidos se utilizaron como competidores en ensayos de cambio de banda de unión a ADN utilizando una sonda MSEu o MSEi. Usando una sonda MSEu y extracto nuclear de células de melanoma B16, se observó un complejo específico correspondiente a MSF como se describió anteriormente (Fig. 1 B). La unión de MSF fue competida eficientemente por el MSEu y también por el MSEi. Una mutación puntual, pm1, que afecta a la primera base del motivo GTGTGA redujo gravemente la unión de MSF. La unión fue esencialmente abolida por mutaciones en las posiciones 3 y 4 de la MSEu (pm3 y pm4, respectivamente), y severamente reducida (al menos 25 veces) usando pm2, pm5 y pm6, en las que las bases 2, 5 y 6 de la MSEu están mutadas. Por lo tanto, la mutación de cualquiera de las bases dentro de la MSEu reduce severamente la unión por parte de MSF. A continuación, examinamos con mayor precisión los requisitos para unir el MSEu mediante el uso de competidores en los que los residuos específicos fueron sustituidos por bases metiladas o inosina (Fig. 1 C). En el competidor MSEu.CI, cada residuo T se sustituye por un residuo C, mientras que la inosina sustituye a A. El resultado es un MSEu mutante en el que se han introducido cambios específicos en el surco mayor, aunque dejando el surco menor sin cambios. Dada la gravedad de los cambios en el surco principal, podríamos haber esperado que el sitio MSEu.CI no obligara a MSF. Sin embargo, MSF conservó la capacidad de unirse al oligonucleótido MSEu.CI, pero alrededor de 5 veces menos eficientemente que el MSEu de tipo salvaje. Por el contrario, la unión a una MSEu en la que cada residuo G estaba metilado (MSEu.mG) redujo la unión de MSF en más de 25 veces, lo que indica que la presencia de grupos metilo en el surco principal de la cadena superior afectó gravemente la unión de MSF. Sorprendentemente, por otro lado, la metilación de dos residuos C en la cadena inferior (MSEu.mC), no afectó la unión por MSF. En conjunto, estos datos proporcionan una indicación de que MSF se une asimétricamente en el surco principal con la presencia de grupos metilo en la cadena superior que impiden la unión al ADN, mientras que los grupos metilo en la cadena inferior no tienen ningún efecto. Utilizando el MSEi como sonda (Fig. 1 D), también pudimos demostrar que una sustitución similar de T con C y A con inosina dentro del MSEi (MSEi.CI), solo tuvo un efecto menor en la unión por parte de MSF. Al igual que con la sonda MSEu, la unión de MSF al MSEi también compitió eficientemente con un oligonucleótido donde dos residuos C en la cadena inferior estaban metilados (MSEu.mC) y donde un residuo C flanqueante en 3'estaba metilado (MSEu.mC2). Por lo tanto, los resultados obtenidos para la unión a la sonda MSEi son completamente consistentes con los obtenidos utilizando la sonda MSEu. Los datos obtenidos para la MSEu sugirieron que MSF se unía asimétricamente dentro del surco principal y que cada base dentro de la MSEu era esencial para la unión de MSF. Anteriormente hemos descrito una mutación del promotor TRP-1 en la que se alteran 4 bases dentro del MSEi (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Esta mutación, denominada LSMSEi, da como resultado un aumento de hasta 80 veces en la actividad del promotor de TRP-1 en líneas celulares de melanoma o melanocitos (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar). De acuerdo con que Tbx2 actúa como un represor de la expresión de TRP-1, Tbx2 no puede unirse al mutante LSMSEi (19Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108 Crossref PubMed Google Scholar). Por el contrario, la unión por MSF es relativamente eficiente, ya que solo se reduce alrededor de 5 veces en comparación con un MSEi de tipo salvaje (Fig. 2). El resultado fue sorprendente, porque aunque cada base del MSEu era importante para la unión de MSF, la mutación de 4 bases dentro del MSEi no afectó la unión de MSF más de 5 veces. Una posible explicación fue que la unión al MSEi requería secuencias fuera del motivo GTGTGA central. En un intento de identificar cualquier sitio de unión auxiliar, introdujimos mutaciones adicionales en el motivo MSEi GTGTGA central, así como en las secuencias flanqueantes. Los mutantes utilizados se muestran en la Fig. 3 A, y los resultados de los ensayos de unión al ADN obtenidos utilizando estas formas mutantes del MSEi como competidores se muestran en la Fig. 3 B. Como se muestra anteriormente, la unión de MSF al MSEi compite con el mutante LSMSEi alrededor de 3-5 veces menos eficientemente que el MSEi de tipo salvaje. La introducción de mutaciones en las secuencias 5'al motivo GTGTGA (mutantes M1 y M2) no afectó la unión de MSF. Por el contrario, la mutación de una secuencia 3'rica en AT al MSEi en el mutante M3 resultó en una unión de MSF muy reducida en alrededor de 25 veces, lo que indica que esta región puede representar el elemento de reconocimiento auxiliar de MSF anticipado. La mutación de las primeras 2 bases del MSEi en el mutante M4 redujo la unión en alrededor de 3 veces, mientras que una mutación que afecta a las mismas bases junto con las 3 bases inmediatamente 3'al motivo GTGTGA inhibió de nuevo la unión por MSF en alrededor de 25 veces. Sin embargo, el mutante M6, que afecta solo a la secuencia flanqueante 3', se une a MSF con solo una reducción de alrededor de 2 veces en la eficiencia. Figura 3MSF se une al MSEi. A, las secuencias de las sondas y competidores utilizados con el MSEi superpuesto y las mutaciones indicadas como letras minúsculas subrayadas. B, ensayo de cambio de banda utilizando sondas indicadas y competidores a 10, 50 y 250 ng.Ver Figura de imagen grande VisorDescargar imagen de alta resolución Descargar (PPT) En resumen, toda la serie de ensayos de unión a ADN indicaría que en el MSEu cada base es importante para la unión con reconocimiento asimétrico del surco principal, mientras que en el MSEi, aunque las bases dentro del motivo GTGTGA son importantes, se realiza una contribución significativa a la unión en las secuencias flanqueantes 3', más notablemente por el motivo rico en AT afectado por la mutación M3. Este patrón de reconocimiento de ADN es extremadamente reminiscente de la unión al ADN por parte de los miembros de la familia de homeodominios emparejados, que desempeñan funciones reguladoras clave durante el desarrollo (para una revisión, ver Ref. 25 Dahl E. Koseki H. Balling R. Bioessays. 1997; 19: 755-765 Crossref PubMed Scopus (319) Google Scholar). El reconocimiento de ADN por el dominio emparejado es complejo, con diferentes dominios emparejados capaces de reconocer secuencias diferentes aunque relacionadas. De la estructura cristalina de la proteína Prd de Drosophila (26Xu W. Rould M.A. Jun S. Desplan C. Pabo C.O. Cell. 1995; 80: 639-650Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (312) Google Scholar), es sin embargo evidente que los efectos de las mutaciones introducidas en el MSEu serían consistentes con el reconocimiento de este motivo por un dominio emparejado, mientras que el homeodominio (27Wilson D.S. Guenther B. Desplan C. Kuriyan J. Cell. 1995; 82: 709-719Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (306) Google Scholar), que puede cooperar en la unión de ADN con el dominio emparejado (28Jun S. Desplan C. Development. 1996; 122: 2639-2650 Crossref PubMed Google Scholar), podría dirigir el motivo rico en AT 3'al elemento MSEi GTGTGA. Si MSF fuera de hecho un miembro de la familia de homeodominios emparejados de factores de transcripción, el candidato más probable sería Pax3, que se ha implicado genéticamente en la regulación del desarrollo de melanocitos, tanto en ratones Splotch (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) y en el síndrome de Waardenburg humano tipo 1 (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992; 355: 635-636Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar,30Baldwin C.T. Hoth C.F. Amos J.A. da-Silva E.O. Milunsky A. Nature. 1992; 355: 637-638 Crossref PubMed Scopus (415) Google Scholar). Sin embargo, el defecto genético asociado con la pérdida de Pax3 podría reflejar la pérdida de células precursoras de melanoblastos, en lugar de un fracaso específico de Pax3 para regular la expresión génica después del compromiso con el linaje de melanocitos. Además, aunque la expresión ectópica de Pax3 puede regular el promotor Mitf y unirse al promotor in vitro, sorprendentemente, no se había determinado previamente si Pax3 se expresa de hecho en células del linaje de melanocitos. Por lo tanto, antes de intentar determinar si MSF estaba relacionado con Pax3, era esencial establecer que Pax3 se expresaba efectivamente en los melanocitos. Por lo tanto, realizamos una transferencia Western utilizando la línea celular de melanocitos de ratón melan-a, así como las líneas celulares de melanoma B16 de ratón y 501 humanas y se sondaron con un anticuerpo anti-Pax3 específico. ITT Pax3 se utilizó como control. Los resultados (Fig. 4) indican que Pax3 se expresa tanto en las líneas celulares de melanocitos como de melanoma, pero no en la línea celular 3T3 no relacionada, un resultado confirmado tanto por la reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa como por la transferencia Northern (datos no mostrados). 2Dot Bennett, St. George 's Hospital Medical School, Londres, comunicación personal. La ausencia de Pax3 en células 3T3 está de acuerdo con nuestro trabajo anterior en el que no se detectó actividad de unión al ADN de MSF en células 3T3 (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503 Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). La banda de migración más rápida adicional observada usando la línea celular de melanoma B16 puede representar un producto de degradación de Pax3. El hecho de que Pax3 se exprese en melanocitos y células de melanoma añadió peso al argumento de que MSF y Pax3 estaban relacionados. Significativamente, la selección del sitio de unión al ADN para las secuencias de reconocimiento de Pax3 de alta afinidad (31Chalepakis G. Gruss P. Gene. 1995; 162: 267-270Crossref PubMed Scopus (69) Google Scholar) identificaron una serie de secuencias con una homología muy fuerte con MSEu o MSEi que incluyen, por ejemplo, AAGTGTGAC, idéntica a MSEu en 9 pares de bases, y una secuencia de 8 pares de bases idéntica a MSEi, TGGTGTGA, que también se encontraba a una corta distancia aguas arriba de un elemento rico en AT. Tomados en conjunto con el hecho de que Pax3 se expresa en células del linaje de melanocitos, los datos de unión al ADN fueron consistentes con que MSF es Pax3. Además, al utilizar Pax3 transcrito/traducido in vitro en un ensayo de cambio de banda (Fig. 5) junto con la sonda MSEu y competir con una selección de los oligonucleótidos utilizados para determinar la especificidad de unión al ADN de MSF que se muestra en la Fig. 1, fue evidente que Pax3 y MSF reconocieron el ADN de una manera muy similar. Por lo tanto, por ejemplo, Pax3 pudo reconocer tanto los elementos MSEu como MSEi, se vio menos afectado por la mutación pm2 que las otras mutaciones puntuales en el MSEu y se unió al oligonucleótido mC pero no al competidor mG, lo que indica que, al igual que MSF, la unión al ADN por Pax3 se vio afectada diferencialmente por la metilación de las cadenas superior o inferior del sitio de unión a MSEu. También utilizamos sondas correspondientes a un sitio de unión a Pax3 de consenso o a los elementos MSEu o MSEi para mostrar que Pax3 podría reconocer las secuencias promotoras de TRP-1 (Fig.6 A). No se observó unión utilizando una reacción ITT no programada (no se muestra). A continuación, optamos por utilizar un enfoque alternativo para investigar más de cerca la identidad de MSF. Con este fin, utilizamos un ensayo de recorte proteolítico que se utiliza para identificar proteínas de unión al ADN altamente relacionadas (22Schreiber E. Matthias P. Muller M.M. Schaffner P. EMBO J. 1988; 7: 4221-4229Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar) y que hemos utilizado previamente para identificar el factor de transcripción Brn-2 en células de melanoma (23Eisen T. Easty D.J. Bennett D.C. Goding C.R. Oncogene. 1995; 11: 2157-2164PubMed Google Scholar). En este ensayo, el extracto nuclear o la proteína transcrita/traducida in vitro se somete a concentraciones crecientes de una enzima proteolítica y los productos de escisión específicos, que conservan la capacidad de unirse al ADN, se detectan utilizando un ensayo de cambio de banda y una sonda radiomarcada apropiada. El patrón de los productos de escisión unidos al ADN obtenidos es altamente específico para una proteína dada, que depende no solo de la posición precisa de los sitios de escisión de proteasa específicos en la secuencia de aminoácidos primaria, sino también de su accesibilidad relativa dentro de la proteína, que está dictada por la conformación de la proteína. Por lo tanto, un patrón específico de productos unidos al ADN es el diagnóstico de una proteína en particular. Para investigar la posibilidad de que MSF y Pax3 fueran idénticos, inicialmente realizamos ensayos de cambio de banda utilizando un sitio de unión a Pax3 de consenso como sonda y extracto nuclear de células ITT Pax3 o B16 para evaluar si la actividad de unión al ADN de Pax3 estaba presente en el extracto nuclear de B16. Después de permitir que la proteína se una a la sonda, las reacciones de unión al ADN se trataron con cantidades limitadas de tripsina, quimotripsina o proteasa V8. Los resultados obtenidos se presentan en la Fig. 6 B y demuestran claramente que los extractos nucleares de B16 contienen Pax3: en primer lugar, la migración relativa del complejo intacto obtenido usando ITT Pax3 y el extracto de B16 es idéntica; y en segundo lugar, el patrón de complejos de unión a ADN obtenidos después del tratamiento proteolítico usando cualquiera de las tres proteasas es idéntico cuando se compara ITT Pax3 con el extracto de B16. Debido a que los resultados de los ensayos de unión a ADN proteolítico indican que Pax3 está presente en los extractos nucleares de células de melanoma B16, a continuación comparamos el patrón de bandas obtenidas usando una sonda Pax de consenso con las obtenidas usando una sonda MSEu junto con extracto nuclear de células B16 y escisión con quimotripsina (Fig. 6 C). Nuevamente, la migración relativa y el patrón de las bandas intactas y proteolíticamente escindidas obtenidas con las sondas Pax y MSEu es idéntico, y el mismo que el obtenido utilizando ITT Pax3 (comparar con la Fig. 6 B), lo que sugiere fuertemente que el MSEu es reconocido por Pax3. La especificidad de este ensayo se destaca por el hecho de que el factor de homeodominio emparejado altamente relacionado Pax6 puede unirse a la sonda MSEi, pero el complejo MSEi Pax6 migra de manera diferente a los que contienen MSF o Pax3, y además el patrón de escisión V8 es diferente para Pax6 (Fig. 6 D) pero idéntico cuando se usa Pax3 o MSF. En conjunto, los resultados obtenidos de los ensayos de unión al ADN y recorte proteolítico son consistentes con que MSF y Pax3 sean idénticos. Para confirmar que MSF y Pax3 eran realmente iguales, utilizamos el anticuerpo anti-Pax3 específico utilizado para la transferencia Western que se muestra en la Fig. 4, en un ensayo de desplazamiento de banda utilizando una sonda MSEi o MSEu y extracto nuclear de células B16. Los resultados que se muestran en la Fig. 7 demuestran que la unión del ADN por MSF a cualquiera de las sondas fue fuertemente inhibida por el anticuerpo anti-Pax3, pero no se vio afectada utilizando un anticuerpo anti-Mitf que hemos utilizado en ensayos similares para inhibir la unión de Mitf a la caja M (no se muestra). Por lo tanto, tanto los ensayos de recorte proteolítico como los superdesplazamientos de anticuerpos son consistentes con que MSF y PAX3 sean idénticos. Si MSF y Pax3 son iguales, entonces podríamos esperar que Pax3 regule la transcripción del promotor TRP-1. Para abordar esta cuestión, transfectamos células de melanoma B16 con un indicador de luciferasa TRP-1 que se extiende entre -336 y +114 (Fig. 8 A) ya sea solo o junto con un vector que expresa Pax3. Los resultados obtenidos demostraron que el aumento de la cantidad de plásmido de expresión de Pax3 utilizado en la transfección dio como resultado un aumento de la actividad del promotor de TRP-1 (Fig. 8 B) lográndose una activación de hasta 12 veces con la mayor cantidad de vector de expresión Pax3 utilizado. La activación de TRP-1 fue específica porque no se observó activación de un indicador de tirosinasa-luciferasa (Fig. 8 C), consistente con el hecho de que el promotor de tirosinasa carece de sitios de unión para Pax3(MSF). Para preguntar si el MSEu o el MSEi eran necesarios para la activación por PAX3, también utilizamos informadores en los que el MSEu o el MSEi habían sido mutados. Específicamente, la mutación MSEi utilizada fue la que afecta al sitio de reconocimiento auxiliar de Pax3, MSEi.m3, porque esta mutación no afecta la unión por Tbx2; el mutante MSEu, LSMSEu, no se une ni a Pax3 ni a Tbx2 y se utilizó, porque aún no hemos identificado mutaciones puntuales que distingan entre la unión por estas dos proteínas en el MSEu. En contraste con el promotor de TRP-1 de tipo salvaje, que fue activado por Pax3, ni el mutante MSEi.M3 ni el LSMSEu se vieron afectados incluso a las dosis más altas del vector de expresión Pax3 (Fig. 8, D y E). Concluimos que Pax3 puede activar el promotor de TRP-1, pero que la activación eficiente parece requerir tanto el MSEu como el MSEi. Debido a que se ha informado que Pax3 y Sox10, una proteína de la caja de HMG, activan la transcripción sinérgicamente en las células gliales (32Kuhlbrodt K. Herbarth B. Sock E. Hermans-Borgmeyer I. Wegner M. J. Neurosci. 1998; 18: 237-250Crossref PubMed Google Scholar) y porque Sox10, así como Pax3, está implicado en el desarrollo de melanocitos (9Pingault V. Bondurand N. Kuhlbrodt K. Goerich D.E. Préhu M.-O. Puliti A. Herbarth B. Hermans-Borgmeyer I. Legius E. Matthijs G. Amiel J. Lyonnet S. Ceccherini I. Romeo G. Clayton-Smith J. Read A.P. Wegner M. Goossens M. Nat. Genet. 1998; 18: 171-173Crossref PubMed Scopus (706) Google Scholar,10Southard-Smith E.M. Kos L. Pavan W. Nat. Genet. 1998; 18: 60-64Crossref PubMed Scopus (642) Google Scholar), también preguntamos si la expresión de Sox10 podría afectar la activación de TRP-1 por Pax3. El indicador de luciferasa TRP-1 se transfectó en células de melanoma B16 junto con diferentes proporciones de vectores que expresan Pax3 y Sox10. En ningún experimento pudimos observar ninguna cooperatividad entre Pax3 y Sox10 en el promotor TRP-1 (datos no mostrados). Hemos establecido previamente que el promotor de TRP-1 está regulado por una combinación de elementos positivos y negativos (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 17Lowings P. Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1992; 12: 3653-3662Crossref PubMed Scopus (130) Google Scholar). Un elemento positivo, la caja M, es el objetivo de Mitf (33Yavuzer U. Keenan E. Lowings P. Vachtenhein J. Currie G. Goding C.R. Oncogene. 1995; 10: 123-134PubMed Google Scholar), mientras que dos elementos adicionales, denominados MSEu y MSEi, son reconocidos por el factor de caja T Tbx2 y una proteína de unión al ADN previamente no identificada conocida como MSF (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar, 34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar). Para comprender completamente la regulación del promotor de TRP-1, era importante establecer la identidad de MSF. Aquí mostramos, usando una combinación de cortes proteolíticos y ensayos de unión a ADN, así como usando un anticuerpo anti-Pax3 específico, que MSF y Pax3 parecen ser idénticos, y Pax3 puede regular positivamente la actividad del promotor de TRP-1 en ensayos de cotransfección. También demostramos por primera vez que Pax3 se expresa en melanocitos y células de melanoma. Ya se ha identificado genéticamente que Pax3 desempeña un papel esencial en el desarrollo de melanocitos; las mutaciones en Pax3 pueden dar lugar al fenotipo Splotch en ratones (11Epstein D. Vekemans M. Gros P. Cell. 1991; 67: 767-774Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (594) Google Scholar) o el síndrome de Waardenburg tipo 1 en humanos (29Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Harris R. Balling R. Gruss P. Strachan T. Nature. 1992; 355: 635-636Crossref PubMed Scopus (609) Google Scholar, 35Tassabehji M. Read A.P. Newton V.E. Patton M. Gruss P. Harris R. Strachan T. Nat. Genet. 1993; 3: 26-30Crossref PubMed Scopus (189) Google Scholar, 36Baldwin C.T. Lipsky N.R. Hoth C.F. Cohen T. Mamuya W. Milunsky A. Hum. Mutat. 1994; 3: 205-211Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar). Tanto el síndrome de Splotch como el síndrome de Waardenburg tipo 1 se caracterizan por una pérdida parcial de melanocitos derivados de la cresta neural que puede explicarse, al menos en parte, por un requisito de Pax3 para la expresión del gen que codifica Mitf (12Watanabe A. Takeda K. Ploplis B. Tachibana M. Nat. Genet. 1998; 18: 283-286Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar). Sin embargo, la capacidad de Pax3 para unirse y activar el promotor TRP-1 sugiere un papel adicional para Pax3 en la regulación de la diferenciación de melanocitos. Aunque MSEu y MSEi pueden actuar como elementos reguladores negativos, los experimentos presentados aquí sugieren que Pax3 puede funcionar como un regulador positivo de la expresión de TRP-1. Por ejemplo, la mutación LSMSEi puede resultar en un aumento de hasta 80 veces en la actividad del promotor TRP-1 (16Yavuzer U. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 3494-3503Crossref PubMed Scopus (61) Google Scholar,34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar), pero esta mutación no afectó la unión por Pax3 más de alrededor de 5 veces, mientras que la transfección de un vector de expresión de Pax3 dio como resultado una mayor expresión de un gen indicador dirigido por el promotor TRP-1. De acuerdo con que Pax3 no es responsable de la represión del promotor TRP-1 en líneas celulares de melanocitos o melanoma, el análisis mutacional puntual previo de MSEu y MSEi demostró que el reconocimiento de MSEu y MSEi por Tbx2 se correlacionaba con la represión transcripcional (34Carreira S. Dexter T.J. Yavuzer U. Easty D.J. Goding C.R. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5099-5108Crossref PubMed Scopus (154) Google Scholar). En conjunto, estos datos sugieren que en MSEu y MSEi, Tbx2 puede reprimir y Pax3 activar la expresión de TRP-1. Además, aunque la especificidad de unión al ADN de Tbx2 y Pax3 son distintas, por ejemplo, Pax3 pero no Tbx2 puede unirse al mutante LSMSEi, claramente requieren secuencias superpuestas. Como tal, parece probable que la unión por Pax3 y Tbx2 sea mutuamente excluyente. Lo que determina si un sitio de unión determinado es reconocido por PAX3 o Tbx2 en un momento determinado estará determinado por varios factores, incluidas las concentraciones relativas de cada factor dentro de la célula y la naturaleza de cualquier regulación dictada por la actividad de las vías de transducción de señales específicas. Por el momento, prácticamente no se sabe nada de los factores que rigen la actividad o expresión de Tbx2 o Pax3. Hemos demostrado aquí que Pax3 se expresa en melanocitos, así como en líneas celulares de melanoma. El análisis de transferencia Northern2 también ha establecido que Pax3 se expresa tanto en melanoblastos como en células que tienen las características de precursores de melanoblastos. TRP-1 y Mitf, por otro lado, se expresan tanto en melanoblastos como en melanocitos, pero no se expresan antes del compromiso con el linaje de melanocitos. Por lo tanto, durante el desarrollo, la expresión de Pax3 sola es claramente insuficiente para permitir que se exprese TRP-1 o Mitf. Debido a que también se ha demostrado que Pax3 regula positivamente el promotor Mitf, debe funcionar algún mecanismo para evitar que Pax3 active inapropiadamente los promotores Mitf y TRP-1 en las células precursoras de melanoblastos. Una posibilidad es que en las células precursoras de melanoblastos, Pax3 carezca de un cofactor esencial que le permita activar la transcripción. Alternativamente, porque se ha demostrado que Pax3 posee dominios que median la activación de la transcripción o la represión de la transcripción (37Chalepakis G. Jones F.S. Edelman G.M. Gruss P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1994; 91: 12745-12749Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar), también es posible que Pax3 actúe para reprimir la transcripción en pre-melanoblastos, pero active la transcripción después de la transición a un melanoblasto. Dicho cambio requeriría que Pax3 esté regulado por vías específicas de transducción de señales y/o que exista un reclutamiento selectivo de cofactores para Pax3 para mediar en sus funciones de activación/represión de la transcripción. Aunque no se sabe cómo se regula Pax3, recientemente se ha demostrado que Pax3 puede interactuar con HIRA, un factor implicado en la modulación de la cromatina y un homólogo de los correpresores transcripcionales de Saccharomyces cerevisiae (38Magnaghi P. Roberts C. Lorain S. Lipinski M. Scambler P.J. Nat. Genet. 1998; 20: 74-77Crossref PubMed Scopus (113) Google Scholar). Esta constatación sugeriría que una función de Pax3 es organizar la estructura de la cromatina a través de los promotores diana de Pax3, aunque no está claro si la interacción entre Pax3 e HIRA da como resultado una regulación positiva o negativa de la transcripción. También es posible que sea el nivel de expresión de Pax3 per se el factor crítico con la cantidad de proteína Pax3 presente en una célula que necesita superar un umbral antes de que pueda ocurrir la activación del promotor Mitf. Esto puede ser particularmente relevante porque los melanoblastos expresan niveles más altos de Pax3 que los precursores de melanoblastos.2 Esta situación parece ocurrir durante el desarrollo muscular donde se requiere Pax3 para la expresión de MyoD (13Tajbakhsh S. Rocancourt D. Cossu G. Buckingham M. Cell. 1997; 89: 127-138Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (684) Google Scholar, 14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). Particularmente interesante es observar que mientras que las células derivadas del tubo neural disociado normalmente expresan Pax3, son inducidas a experimentar miogénesis por infección con un retrovirus que expresa Pax3 (14Maroto M. Reshef R. Munsterberg A.E. Koester S. Goulding M. Lassar A.B. Cell. 1997; 89: 139-148Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (367) Google Scholar). Este resultado sugiere que la capacidad de Pax3 para inducir la miogénesis normalmente es suprimida por un inhibidor y que la elevación de los niveles de Pax3 supera la represión y conduce a la miogénesis. Se desconoce la naturaleza del represor, pero puede ser que un mecanismo similar funcione para evitar que Pax3 induzca la expresión de TRP-1 o Mitf en células precursoras de melanoblastos. Nuestro trabajo futuro intentará abordar este problema. Agradecemos al Dr. Michael Wegner por proporcionar un vector de expresión Pax3 y a la Dra. Martine Roussel (St. Jude Children 's Research Hospital, Memphis, TN) por el anticuerpo anti-Pax3. También apreciamos los obsequios de las células 501 mel de la Dra. Ruth Halaban y el vector de baculovirus que expresa Pax6 de la Dra. Penny Rashbass.Files
pdf.pdf
Files
(16.2 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:6068ff9ea782e8ab26707e38035e53ac
|
16.2 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- PAX3 وتنظيم مروج البروتين-1 المرتبط بالتيروزيناز الخاص بالخلايا الميلانينية
- Translated title (French)
- Pax3 et régulation du promoteur de la protéine-1 liée à la tyrosinase spécifique des mélanocytes
- Translated title (Spanish)
- Pax3 y regulación del promotor de la proteína 1 relacionada con la tirosinasa específica de melanocitos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1974137472
- DOI
- 10.1074/jbc.274.38.26894
References
- https://openalex.org/W1543193184
- https://openalex.org/W1958675029
- https://openalex.org/W1966566830
- https://openalex.org/W1994048684
- https://openalex.org/W1994881558
- https://openalex.org/W2000146676
- https://openalex.org/W2017035463
- https://openalex.org/W2018139276
- https://openalex.org/W2031925017
- https://openalex.org/W2045594625
- https://openalex.org/W2062423918
- https://openalex.org/W2072910804
- https://openalex.org/W2074170762
- https://openalex.org/W2081462173
- https://openalex.org/W2086538740
- https://openalex.org/W2087447340
- https://openalex.org/W2088043742
- https://openalex.org/W2093597182
- https://openalex.org/W2098342899
- https://openalex.org/W2107563159
- https://openalex.org/W2114682220
- https://openalex.org/W2118031242
- https://openalex.org/W2119521084
- https://openalex.org/W2120690461
- https://openalex.org/W2138618430
- https://openalex.org/W2140814882
- https://openalex.org/W2141934953
- https://openalex.org/W2145297890
- https://openalex.org/W2148670691
- https://openalex.org/W2187079233
- https://openalex.org/W2350931375