Odkrycie genów Hox, ich charakterystyka i ewolucja



The geny Hox są dużą rodziną genów odpowiedzialną za regulację rozwoju struktur ciała. Zostały one znalezione we wszystkich metazoanach i innych liniach, takich jak rośliny i zwierzęta. Dlatego charakteryzują się tym, że są ewolucyjnie bardzo konserwatywne.

Geny te działają w następujący sposób: kodujący czynnik transkrypcyjny - białko zdolne do interakcji z DNA - wyrażonego w określonym obszarze osoby z wczesnych stadiach rozwoju. Ta sekwencja DNA o nazwie peptydem typu homeobox wiązania.

Z prawie 30 lat badań w tej dziedzinie, naukowcy badali różne rodowody i doszli do wniosku, że wzorce ekspresji tych genów są silnie związane z regionalizacją osi ciała.

Dowody te sugerują, że geny Hox odegrali niezastąpioną rolę w ewolucji cielesnych planów istot żywych, zwłaszcza w Bilaterii. Tak więc geny Hox pozwoliły wyjaśnić wspaniałą różnorodność form zwierzęcych z perspektywy molekularnej.

W nas, ludziach, jest 39 genów Hox. Są one pogrupowane w cztery klaster lub grupy zlokalizowane w różnych chromosomach: 7p15, 17q21.2, 12q13 i 2q31.

Indeks

  • 1 Odkrycie
  • 2 Jakie są geny Hox?
    • 2.1 Terminologia
  • 3 Charakterystyka
  • 4 Ewolucja genów Hox
    • 4.1 Pochodzenie kręgowców
  • 5 referencji

Odkrycie

Odkrycie genów Hox był to kamień milowy w biologii ewolucyjnej i rozwojowej. Geny te zostały odkryte w latach 70-tych i 80-tych dzięki obserwacji dwóch kluczowych mutacji w muszce owocowej, Drosophila melanogaster.

Jedna z mutacji, antennapedia, przekształca anteny w nogi, podczas gdy mutacja bithorax powoduje przekształcenie kantar (zmodyfikowanych struktur, typowych dla owadów ze skrzydłami) w inną parę skrzydeł.

Jak widać, kiedy geny Hox mają mutacje, efekt tego jest dość dramatyczny. I tak jak w Drosophila, zmiana prowadzi do tworzenia struktur w niewłaściwych miejscach.

Przed odkryciem genów Hox, Większość biologów uważa, że ​​różnorodność morfologiczna jest wspierana przez różnorodne DNA. Logiczne było założenie, że na przykład oczywiste różnice między wielorybem a kolibrem powinny znaleźć odzwierciedlenie w warunkach genetycznych..

Wraz z przybyciem genów Hox, ta myśl zmieniła się całkowicie, ustępując miejsca nowemu paradygmatowi w biologii: wspólna ścieżka rozwoju genetycznego, która jednoczy ontogenezę metazoanów.

Jakie są geny Hox?

Przed zdefiniowaniem pojęcia genów Hox, Ważne jest, aby wiedzieć, czym jest gen i jak działa. Geny są sekwencjami DNA, których wiadomość jest wyrażona w fenotypie.

Komunikat jest zapisywany w nukleotydów DNA, w niektórych przypadkach, gdy przechodzą one RNA i jest tłumaczony przez rybosomy w sekwencję aminokwasów - bloków strukturalnych „” białka.

Geny Hox są najbardziej znaną klasą genów homeotycznych, których zadaniem jest kontrolowanie określonych wzorów struktur ciała. Są one odpowiedzialne za kontrolę tożsamości segmentów wzdłuż osi przednio-tylnej zwierząt.

Należą do jednej rodziny genów, która koduje białko o specyficznej sekwencji aminokwasowej zdolnej do interakcji z cząsteczką DNA.

To stąd pochodzi termin homeobox, aby opisać tę sekcję genu, podczas gdy w białku nazywa się homeodomainę. Sekwencja homeobox ma sekwencję 180 par zasad i te domeny są ewolucyjnie bardzo konserwatywne między różnymi Phyla.

Dzięki tej interakcji z DNA, geny Hox są w stanie regulować transkrypcję innych genów.

Terminologia

Zaangażowane geny są nazywane funkcjami morfologicznymi loci homeotyczny W królestwie zwierząt najważniejsze są znane jako loci HOM (u bezkręgowców) i loci Hox (u kręgowców). Jednak są one ogólnie znane jako loci Hox.

Funkcje

Geny Hox Mają szereg bardzo osobliwych i interesujących cech. Te kluczowe aspekty pomagają zrozumieć jego funkcjonowanie i jego potencjalną rolę w biologii ewolucyjnej.

Geny te są zorganizowane w „kompleksy genów”, co oznacza, że ​​znajdują się blisko chromosomów - pod względem ich lokalizacji przestrzennej.

Drugim elementem jest silna korelacja między porządku genów w sekwencji DNA a miejscem przednio-tylnej produktów tych genów w zarodku. Dosłownie geny, które są „do przodu” są w tej pozycji.

W ten sam sposób, oprócz przestrzennej kolinearności, istnieje korelacja czasowa. Geny zlokalizowane na końcu 3 'pojawiają się wcześniej w rozwoju osobnika, w porównaniu z tymi znalezionymi później.

Geny Hox należą do klasy o nazwie ANTP, która obejmuje również geny Dla Hoxa (powiązane z nimi), geny NK i inne.

Ewolucja genów Hox

Żadne geny klasy ANTP nie należały do ​​Metazomanów. W ewolucyjnej ewolucji tej grupy zwierząt porifera była pierwszą grupą, która się rozdzieliła, a następnie cnidarianie. Te dwie linie reprezentują dwie podstawowe grupy bilaterad.

Analiza genetyczna wykonana na słynnej gąbce Amphimedon queenslandica - jego sława wynika z genów dla układu nerwowego - ujawnił, że ten porifere ma kilka genów typu NK, ale nie ma genu Hox o Dla Hoxa.

U cnidarian nie zgłoszono żadnych genów Hox jako takie spełniają te cechy. Istnieją jednak geny Hoxopodobne.

Z drugiej strony bezkręgowce posiadają jedną grupę genów Hox, podczas gdy kręgowce mają wiele kopii. Ten fakt był kluczowy i zainspirował rozwój teorii na temat ewolucji grupy.

Pochodzenie kręgowców

Klasyczny pogląd na ten aspekt dowodzi, że cztery skupiska genów w ludzkim genomie powstały dzięki dwóm rundom replikacji całego genomu. Jednak rozwój nowych technologii sekwencjonowania podważa teorię.

Nowe dowody sprzyjają hipotezy odnoszące się do małych imprez skalę (duplikaty segmentów, indywidualnie zduplikowanych genów i translokacji), który uzyskał największą liczbę genów Hox że dziś obserwujemy w tej grupie.

Referencje

  1. Acampora D. D'Esposito, M. Faiella A., Pannese, M. Migliaccio, E. Morelli F. ... & Boncinelli, E. (1989). ludzki HOX rodzina genów. Badania kwasów nukleinowych, 17(24), 10385-10402.
  2. Ferner, D. E. (2011). Hox i Dla Hoxa geny w ewolucji, rozwoju i genomice. Genomika, proteomika i bioinformatyka, 9(3), 63-4.
  3. Hrycaj, S. M. i Wellik, D. M. (2016). Hox geny i ewolucja. F1000Research, 5, Wydział F1000 Rev-859.
  4. Lappin, T. R., Grier, D.G., Thompson, A., i Halliday, H.L. (2006). Geny HOX: uwodzicielska nauka, tajemnicze mechanizmy. Czasopismo medyczne Ulster, 75(1), 23-31.
  5. Pearson, J. C., Lemons, D. i McGinnis, W. (2005). Modulowanie Hox funkcje genów podczas modelowania ciała zwierząt. Nature Reviews Genetics, 6(12), 893.