Homeobox

Homeobox este o  secvență de ADN găsită în genele implicate în reglarea dezvoltării la animale, ciuperci și plante. Aceste gene codifică factori de transcripție care tind să schimbe cascadele altor gene. Homeobox-ul are o lungime de aproximativ 180 bp și codifică un domeniu proteic de 60 de aminoacizi ( homeodomeniu ) care poate lega ADN-ul.

Genele care conțin homeobox formează o familie separată. Cele mai bine studiate și mai conservate dintre acestea sunt genele Hox , care controlează segmentarea în timpul dezvoltării.

Genele care conțin homeobox au fost descoperite în mod independent în 1983 de grupul lui Walter Hering de la Universitatea din Basel , Elveția, și de Matthew Scott și Amy Weiner, care lucrau cu Thomas Kofman la Universitatea Indiana , Bloomington [1] [2] .

Homeodomeniu

Homeodomeniul conține o structură helix-turn-helix ,  în care trei elice α sunt conectate prin secțiuni scurte non-helix. Cele două elice α mai scurte, situate mai aproape de capătul N-terminal, sunt antiparalele, iar al treilea helix α, mai lung și mai aproape de capătul C-terminal, este aproximativ perpendicular pe axele primelor două; se leagă direct de ADN.

Homeodomeniul se leagă de ADN într-un mod specific. Cu toate acestea, specificitatea unui singur homeodomeniu nu este de obicei suficientă pentru a recunoaște gena țintă. De obicei, proteinele care conțin homeodomeniu acționează în regiunea promotoare a genelor țintă în combinație cu alți factori de transcripție , adesea și proteine ​​care conțin homeodomenii. Astfel de complexe au de obicei o specificitate mult mai mare decât o proteină având un singur homeodomeniu.

Genele Hox

Dovezile moleculare sugerează că chiar și Cnidaria are o serie de gene Hox ; este posibil să fi fost deja prezenţi la strămoşii comuni ai cnidarilor şi ai adevăratelor animale bilaterale . Astfel, aceste gene au apărut înainte de începutul Paleozoicului [3] .

Genele Hox sunt absolut esențiale pentru dezvoltarea metazoarelor, ele definesc regiunile de dezvoltare embrionară de-a lungul axei anterioare-posterior. La amfibianul Xenopus , prima genă Hox de vertebrată a fost izolată de Eddy Robetis şi colab. în 1984 (vezi Carrasco, McGinnis, Gehring şi De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984).

La vertebrate, cele patru grupuri de paralogi diferă parțial în funcție, în special, HoxA și HoxD determină dezvoltarea de-a lungul axei membrelor.

Principalul interes pentru aceste gene se datorează comportamentului lor unic. Aceste gene sunt de obicei aranjate în grupuri, ordinea liniară a genelor în cadrul grupului corespunde cu timpul sau locul în care gena lucrează în dezvoltare. Acest fenomen se numește coliniaritate. Modificările genelor din cluster conduc la modificări similare în zonele de acțiune corespunzătoare ale genelor ulterioare. Exemple de astfel de gene sunt genele Antennapedia și bithorax la Drosophila.

Diversitate

Genele Homeobox au fost găsite pentru prima dată în Drosophila și de atunci au fost găsite la multe alte specii, de la insecte la reptile și mamifere, precum și la ciuperci, drojdii și plante. La plante, grupul de gene knottex homeobox (knox) este bine studiat, care, la fel ca genele care conțin homeobox la animale, sunt factori de transcripție care reglează dezvoltarea.

În plante

Genele homeotice ale plantelor bine studiate Genele MAD nu sunt omoloage cu genele Hox la animale. Ele nu conțin o homeobox, dar conțin o altă secvență, neomoloagă, de 168-180 de perechi de baze - MADS-box . La fel ca homeobox, MADS-box codifică domeniul proteic corespunzător responsabil pentru legarea ADN-ului. Plantele și mamiferele nu au aceleași gene homeotice, ceea ce pare să indice că genele homeotice au apărut independent în etapele incipiente ale evoluției plantelor și animalelor.

La oameni

Genele umane care conțin homeobox sunt împărțite în patru grupuri situate pe cromozomi diferiți:

Nume Cromozom Genele
HOXA (uneori HOX1) - HOXA@ cromozomul 7 HOXA1 , HOXA2 , HOXA3 , HOXA4 , HOXA5 , HOXA6 , HOXA7 , HOXA9 , HOXA10 , HOXA11 , HOXA13
HOXB- HOXB@ cromozomul 17 HOXB1 , HOXB2 , HOXB3 , HOXB4 , HOXB5 , HOXB6 , HOXB7 , HOXB8 , HOXB9 , HOXB13
HOXC- HOXC@ cromozomul 12 HOXC4 , HOXC5 , HOXC6 , HOXC8 , HOXC9 , HOXC10 , HOXC11 , HOXC12 , HOXC13
HOXD- HOXD@ cromozomul 2 HOXD1 , HOXD3 , HOXD4 , HOXD8 , HOXC9 , HOXD10 , HOXD11 , HOXD12 , HOXD13

Există, de asemenea, o familie de gene care conține o homeobox pereche ( PAX ).

Mutații

Mutațiile în genele care conțin homeobox pot avea manifestări fenotipice vizibile semnificative.

Două exemple de mutații care afectează genele homeobox la Drosophila sunt apariția membrelor în loc de antene ( antennapedia ) și apariția unei a doua perechi de aripi.

Dublările de gene care conțin o homeobox pot determina formarea de noi segmente corporale, astfel încât astfel de duplicări sunt importante în evoluția animalelor segmentate.

Regulamentul

Reglarea genelor Hox este foarte complexă și include interacțiuni reciproce, în principal inhibitorii. În Drosophila, sunt cunoscute două grupuri de gene, proteinele grupurilor Polycomb și Trithorax . Complexele care mențin expresia genelor Hox funcționează în timpul dezvoltării larvelor după reglarea în jos a genelor regulii perechilor și gap. Proteinele din grupul Polycomb pot suprima genele HOX prin modificarea structurii cromatinei [4] .

Între genele Hox sunt întinderi de ADN care anterior erau considerate lipsite de sens. Din ele se citesc molecule scurte de ARN reglator. Unele dintre ele măresc sau scad expresia genelor Hox în sine, unele afectează indirect activitatea altor factori de transcripție. Experimentele au arătat că aceste miARN pot regla atât genele Hox vecine, cât și cele îndepărtate [5] .

Note

  1. ↑ McGinnis W; Levine MS, Hafen E., Kuroiwa A., Gehring WJ O secvență de ADN conservată în genele homeotice ale complexelor complexe  Drosophila Antennapedia și Bithorax  // Nature . - 1984. - Vol. 308 , nr. 5958 . - P. 428-433 . - doi : 10.1038/308428a0 . — PMID 6323992 .
  2. ↑ Scott MP; Weiner AJ Relații structurale între genele care controlează dezvoltarea: omologie de secvență între Antennapedia,  Ultrabithorax și loci fushi tarazu ai Drosophila  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1984. - Vol. 81 , nr. 13 . - P. 4115-4119 . - doi : 10.1073/pnas.81.13.4115 . — PMID 6330741 .
  3. ↑ Ryan, Joseph F; Maureen E. Mazza, Kevin Pang, David Q. Matus, Andreas D. Baxevanis, Mark Q. Martindale, John R. Finnertyl. Originile pre-bilateriene ale Clusterului Hox și Codul Hox: Dovezi de la anemona de mare, Nematostella vectensis  // PLOS One  . - 2007. - ianuarie ( vol. 2 , nr. 1 ). — P.e153 . - doi : 10.1371/journal.pone.0000153 .
  4. ^ Portoso M și Cavalli G. The Role of RNAi and Noncoding ARNs in Polycomb Mediated Control of Gene Expression and Genomic Programming // ARN and the Regulation of Gene Expression: A Hidden Layer of  Complexity . – Caister Academic Press, 2008.
  5. ↑ Noutăți în știință despre celebrele gene Hox, regulatori de dezvoltare • Elena Naimark • Știri științifice despre Elemente • Genetică . elementy.ru Consultat la 5 aprilie 2019. Arhivat din original pe 8 ianuarie 2019.

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii