配对框基因 1; PAX1

配对域基因 HuP48；HUP48

HGNC 批准的基因符号：PAX1

细胞遗传学位置：20p11.22 基因组坐标（GRCh38）：20:21,705,663-21,718,480（来自 NCBI）

▼ 描述

PAX 基因，包括 PAX1，是一个高度保守的发育控制基因家族，编码转录因子，并已被证明在脊椎动物胚胎发生过程中的模式形成中发挥作用（McGaughran 等人总结，2003）。

有关配对框结构域基因的讨论，请参阅 PAX7（167410）。

▼ 克隆和表达

Deutsch 等人（1988）在小鼠胚胎发育过程中鉴定出 3.1 kb-Pax 1 转录本，而在成年小鼠组织中未检测到转录本。对冷冻胚胎切片进行详细的原位杂交分析表明，Pax1 转录物存在于发育中的脊柱的脊索周区。

布里等人（1989）分离并测序了 3 个人类基因，这些基因包含与果蝇中参与早期发育编程的基因具有高度同源性的配对结构域。其中一个名为 HuP48 的基因具有与果蝇基因 P29 相似的配对结构域，并且与小鼠 Pax1 基因的配对结构域几乎相同。

麦高伦等人（2003）确定了人类PAX1基因的完整序列。推导的 440 个残基蛋白质的计算分子量为 45.7 kD。与小鼠 Pax1 相比，PAX1 的配对框结构域具有额外的 70 个氨基酸 5-prime。他们指出 PAX1 与 PAX9（167416）表现出最大的相似性。

▼ 基因结构

McGaughran 等人（2003）确定 PAX1 基因至少包含 4 个外显子，跨度约为 10 kb。阿德姆等人（2005）指出PAX1基因包含5个外显子。

▼

Schnittger 等人的绘图（1992）证明人类 PAX1 基因座位于染色体 20p 上。荧光原位杂交FL-pter值为0.34+/-0.04后PAX1的图谱位置对应于条带p11.2（FL-pter = 分数长度-pter（Lichter 等人，1990）。）通过 Q 带识别的同一 20 号染色体着丝粒的平均 FL-pter 值为 0.46 +/- 0.04。通过对体细胞杂交体进行 PCR 分析，Pilz 等人。Stapleton 等人（1993）证实了 PAX1 基因位于 20 号染色体上。通过体细胞杂交分析和荧光原位杂交，Stapleton 等人（1993）将 PAX1 对应到染色体 20p11。

通过连锁分析，将小鼠 Pax1 基因定位到远端小鼠 2 号染色体，紧邻 β-2-微球蛋白和“agouti”基因座之间的“波状”（Balling 等人，1988）。小鼠 2 号染色体的该片段与人类 20 号染色体具有同源性。20p 染色体的片段三体性（Francke，1977）和单体性（Schnittger 等，1989；Anad 等，1990）与椎间盘异常有关。

▼ 基因功能

小鼠 Pax-1 基因编码具有转录激活特性的序列特异性 DNA 结合蛋白（Deutsch 等，1988；Chalepakis 等，1991）。Pax1在小鼠胚胎发生过程中的表达模式表明它可能在脊柱的发育中发挥重要作用。

Smith 和 Tuan（1994）检测到 PAX1 在人类胎儿脊柱中的表达。七到八周大的胎儿构成椎间盘主体的间充质细胞显示出染色。邻近软骨细胞 PAX1 阴性。在发育中的四肢中也未检测到 PAX1 表达。10 至 12 周大的胎儿样本不再显示 PAX1 表达。Smith 和 Tuan（1994）认为 PAX1 对于人类分段脊柱的正确形成很重要。

Pohl 等人使用 RT-PCR（2013）在 P6 小鼠耳蜗中观察到 Pax1 的表达，支持 PAX1 在听力过程中的作用。

▼ 分子遗传学

Pohl 等人通过对患有耳面颈综合征（OTFCS2; 615560）的土耳其近亲大家庭的受影响成员进行全外显子组测序（2013）鉴定了 PAX1 基因（G166V; 167411.0001）中的错义变异的纯合性，该变异在家族中随疾病分离，并且在外显子组变异服务器数据库的 13,000 多个等位基因中未发现。功能分析表明突变蛋白的 DNA 结合亲和力降低。

通过全外显子组测序，帕格尼尼等人（2017）在 2 名患有 OFCS2 的远亲摩洛哥婴儿中发现了 PAX1 基因纯合无义突变（C368X; 167411.0002），这些婴儿也患有胸腺发育不全并死于严重联合免疫缺陷（SCID）。桑格测序证实了这一发现。每个兄弟姐妹的近亲父母都是突变杂合子，受影响婴儿的兄弟姐妹之一出现耳前凹陷也是如此。

Patil 等人有 2 个兄弟姐妹，由来自印度的表亲父母所生，患有 OFCS2（2018）在 PAX1 基因（167411.0003）中发现了纯合移码突变。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在父母中以杂合状态存在。

Yamazaki 等人在一名患有 OFCS2 的 6 岁德国男孩中，胸部 X 光检查没有胸腺阴影，并显示明显的 T 细胞淋巴细胞减少（2020）鉴定了 PAX1 基因（167411.0004）中框内缺失的纯合性。在来自沙特阿拉伯近亲血统的 2 个同胞的 4 名类似受影响的儿童中，作者发现了 PAX1 错义突变的纯合性（V147L；167411.0005）。功能研究表明，与野生型蛋白相比，突变体的反式激活活性降低。基因集富集分析显示，与对照组相比，患者胸腺上皮祖细胞（TEP）中涉及胸腺发育和 T 细胞定型的各种基因的表达减少，表明多种机制导致与 PAX1 缺乏相关的胸腺缺陷。此外，

排除研究

Smith 和 Tuan（1994）在 3 名患有 Klippel-Feil 异常的女性患者（118100）中没有发现 PAX1 基因的配对框序列有任何突变。

麦高伦等人（2003）在 63 名 Klippel-Feil 异常患者中，有 8 名发现了 PAX1 基因序列异常。在对照中检测到其中两个序列变异，在未受影响的家庭成员中也存在其他几个变异。作者认为 PAX1 的变化可能在该疾病的发病机制中发挥作用。

霍尔等人（1996）在脊柱裂患者中鉴定出 PAX1 基因的序列变异（参见 182940）；然而，这种突变也存在于未受影响的母亲和外祖母中，这表明该表型需要其他因素。

詹皮特罗等人（2005）在 48 名先天性脊椎畸形患者中，有 2 名发现了 PAX1 基因外显子 4 的杂合性变化。1 例患者存在 T9 发育不全、T12 半椎体、T10 椎弓根缺失、T7 后部元件不完全融合、室间隔缺损和多指畸形。他有一个杂合的 pro413 到 leu（P413L）取代，这种情况在 0.3% 的对照中被发现。第二名患有 T11 楔形椎骨的患者的 PAX1 基因中存在杂合的 pro410 至 leu（P410L）取代，这种情况在 0.8% 的对照者中发现。每个患者的无症状母亲的相应等位基因都是杂合的，并且蛋白质的保守区域没有发生任何变化。詹皮特罗等人（2005）指出，最可能的解释是“这些变异没有功能意义”，并且很可能“与在患者中观察到的椎骨缺陷没有因果关系”。没有报道功能表达分析。

▼ 动物模型

小鼠的常染色体隐性突变“波状”（un）沿整个头尾轴表现出椎骨异常。它首先由 Wright（1947）描述。鲍林等人（1988）确定该表型是由 Pax1 基因中的 G 到 A 转变引起的，导致配对框结构域的高度保守区域发生 gly15 到 Ser（G15S）取代。这种取代显着降低了“un”Pax1 蛋白的 DNA 结合亲和力，并改变了其 DNA 结合特异性（Chalepakis 等，1991）。

海尔维格等人（1995）报道称，突变体“undulated”和“Patch”双杂合的小鼠（参见 PGDFRA；173490）具有让人想起人类隐性脊柱裂极端形式的表型（参见 182940）。双突变和非单突变小鼠的意外表型表明，脊柱裂等新型先天性异常可能是由孤立分离基因座产物之间的相互作用引起的。这是双基因遗传的一个例子。

Pax1 基因是小鼠 3 个骨骼元件正常发育所必需的：脊柱、胸骨和肩胛骨。三种天然 Pax1 小鼠突变体在这 3 个元素中表现出不同严重程度的表型。表型被称为“波状”（un）；“波状广泛”（un-ex）；和“波状短尾”（Un-s）。“波状广泛”等位基因（un-ex）携带一个缺失，其中包括 Pax1 基因的最后一个外显子；然而，突变型 Pax1 mRNA 可以通过 RNase 保护实验检测到。在“波状短尾”等位基因（Un-s）中，完整的 Pax1 基因座被删除。前 2 个突变被认为是隐性的，因为严重的骨骼畸形只在纯合动物中发现。尽管如此，两个等位基因的杂合子偶尔会出现轻度骨骼异常。相比之下，Un-s 突变是半显性的，因为杂合子表现出明显的骨骼异常，包括非常短且强烈扭结的尾巴。纯合 Un-s 小鼠在围产期死亡时表现出“波状”等位基因中最严重的骨骼畸形（Wilm 等，1998）。威尔姆等人（1998）通过基因打靶灭活Pax1基因，发现Pax1敲除小鼠和杂合Un-s突变小鼠的表型存在相当大的差异。结果被解释为表明一个或多个额外基因对Un-s突变体表型的贡献。尽管杂合 Pax1-null 小鼠外表看起来正常，Wilm 等人（1998）证明几乎 90% 的人在胸骨和部分脊柱中表现出中度骨骼畸形。相反，所有杂合子的肩胛骨和尾部均正常，显示这些结构中无效突变的隐性。先前对“波状”和“波状广泛”突变的骨骼表型的研究表明，杂合子的胸骨和部分脊柱存在微弱异常。因此，小鼠中 Pax1 的单倍体不足也会导致表型异常。先前对“波状”和“波状广泛”突变的骨骼表型的研究表明，杂合子的胸骨和部分脊柱存在微弱异常。因此，小鼠中 Pax1 的单倍体不足也会导致表型异常。先前对“波状”和“波状广泛”突变的骨骼表型的研究表明，杂合子的胸骨和部分脊柱存在微弱异常。因此，小鼠中 Pax1 的单倍体不足也会导致表型异常。

阿德姆等人（2005）发现常染色体隐性自发性小鼠突变体“脊柱侧凸”（sco）携带一个新的 Pax1 等位基因“波状中间”（un-i）。un-i 等位基因包含 2.0-kb 和 4.5-kb 缺失，分别对应于缺少 5-prime 侧翼区域和外显子 1 至 4。纯合子小鼠表现出腰椎侧凸和卷尾，与其他波状突变相比，这是一种较温和的表型。杂合动物与野生型动物没有区别。纯合子胚胎骨骼骨化较早，椎体骨化中心与椎弓根骨化中心融合，神经弓和棘突发育不全。肩胛骨肩峰缺失，肱骨近端三角肌结节缩短、增厚。

▼ 等位基因变异体（5 个选定示例）：.

0001 耳面颈综合征 2
PAX1、GLY166VAL
Pohl 等人在患有耳面颈综合征（OTFCS2; 615560）的土耳其近亲大家庭的受影响成员中（2013）鉴定了 PAX1 基因外显子 2 中 c.497G-T 颠换的纯合性，导致 DNA 结合配对框结构域内高度保守的残基发生 gly166 至 val（G166V）取代。未受影响的父母是该变异的杂合携带者，在外显子组变异服务器的 13,000 多个等位基因中未发现该变异。在 HEK293T 细胞中使用双荧光素酶报告基因测定进行的功能分析表明，与过表达野生型 PAX1 的细胞相比，过表达 G166V 突变体的细胞中 NKX3-2（602183）（PAX1 转录调控的直接目标）调控序列的反式激活显着降低。

.0002 耳面颈综合征 2 伴 T 细胞缺陷
PAX1、CYS368TER
2 名远亲婴儿，由近亲摩洛哥父母所生，患有耳面颈综合征（OTFCS2；615560），Paganini 等人（2017）鉴定了 PAX1 基因中 c.1104C-A 颠换（c.1104C-A，NM_006192）的纯合性，导致 cys368 到 ter（C368X）的取代。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。未受影响的父母是该突变的杂合子，受影响婴儿的同胞之一也出现了耳前凹陷。两名受影响的婴儿也患有胸腺发育不全，并死于严重的联合免疫缺陷。

山崎等人（2020）使用具有 C359X 突变（对应于人 PAX1 中的 C368X）的小鼠 Pax1 对转染的 293T 细胞进行功能分析，并观察到与野生型 Pax1 相比，反式激活活性显着降低。

.0003 耳面颈综合症 2
PAX1, 5-BP INS, 1173GCCCG
通过对 2 个同胞进行全外显子测序，这对兄弟姐妹出生于印度的表亲父母，患有耳面颈综合症（OTFCS2; 615560），Patil 等人（2018）鉴定了 PAX1 基因外显子 4 中 5 bp 插入（c.1173_1174insGCCCG, NM_006192.4）的纯合性，预计会导致移码和提前终止（Pro392AlafsTer19）。桑格测序证实了兄弟姐妹的发现以及父母的携带者状态。

.0004 伴有 T 细胞缺陷的耳面颈综合征 2
PAX1、ASN155DEL
Yamazaki 等人在一名 6 岁德国男孩（P1）中患有 T 细胞缺陷的耳面颈综合征 2（OTFCS2；615560）（2020）鉴定了 PAX1 基因中框内缺失（c.463_465del, NM_006192.3）的纯合性，导致 asn155 缺失，asn155 是 DNA 结合配对框结构域内高度保守的残基。他未受影响的父母来自德国同一农村地区，他们是该变异的杂合子。使用具有 asn146del 突变（对应于人 PAX1 中的 asn155del）的小鼠 Pax1 对转染的 293T 细胞进行的功能研究表明，与野生型 Pax1 相比，反式激活活性显着降低。基因集富集分析表明，与患者胸腺上皮祖细胞（TEP）相比，对照中涉及胸腺发育的基因表达更丰富。使用 qRT-PCR，作者观察到，与对照组相比，患者 TEP 中 FOXN1（600838）（胸腺上皮细胞发育的主要调节因子）及其靶标 DLL4（605185）（一种在 T 细胞定向中发挥关键作用的 Notch 配体）的表达显着降低。此外，作者还观察到，与对照组相比，患者 TEP 分化过程中涉及神经嵴、耳朵、软骨、咽部和骨骼发育的基因组中包含的基因存在差异表达。

.0005 伴有 T 细胞缺陷的耳面颈综合征 2
PAX1、VAL147LEU
Yamazaki 等人在来自沙特阿拉伯近亲血统的 2 个兄弟姐妹的 4 名儿童（P4 至 P7）中，患有耳面颈综合征 2 并伴有 T 细胞缺陷（OTFCS2；615560）（2020）鉴定了 PAX1 基因中 c.439G-C 颠换（c.439G-C，NM_006192.3）的纯合性，导致 DNA 结合配对框结构域内高度保守的残基处出现 val147-to-leu（V147L）取代。尚未报道该变异的家族分离。使用具有 V138L 突变（对应于人 PAX1 中的 V147L）的小鼠 Pax1 对转染的 293T 细胞进行的功能研究表明，与野生型 Pax1 相比，反式激活活性显着降低。基因集富集分析表明，与患者胸腺上皮祖细胞（TEP）相比，对照中涉及胸腺发育的基因表达更丰富。使用 qRT-PCR，作者观察到，与对照组相比，患者 TEP 中 FOXN1（600838）（胸腺上皮细胞发育的主要调节因子）的表达显着降低。此外，作者还观察到，与对照组相比，患者 TEP 分化过程中涉及神经嵴、耳朵、软骨、咽部和骨骼发育的基因组中包含的基因存在差异表达。