Gen Hox-opdagelse, egenskaber og evolution



den gener Hox de er en stor genfamilie, der er ansvarlig for at regulere udviklingen af ​​kroppens strukturer. De er blevet fundet i alle metazoaner og i andre linjer, som planter og dyr. Derfor er de karakteriseret ved at være evolutionært meget konserverede.

Disse gener arbejder på følgende måde: de koder for en transkriptionsfaktor - et protein, der er i stand til at interagere med DNA - der udtrykkes i et bestemt område af individet fra de tidligste udviklingsstadier. Denne DNA-bindende sekvens hedder homeobox.

Med næsten 30 års forskning på dette område har forskere studeret forskellige linjer og er kommet til den konklusion, at disse geners ekspressionsmønster er stærkt forbundet med regionaliseringen af ​​kroppsakser..

Dette bevis tyder på, at generne Hox de har spillet en uundværlig rolle i udviklingen af ​​de levende bevæbelser, især i Bilateria. Således generne Hox har lov til at forklare den storslåede mangfoldighed af dyreformer fra et molekylært perspektiv.

I os mennesker er der 39 gener Hox. Disse er grupperet i fire klynge eller grupper, der er placeret i forskellige kromosomer: 7p15, 17q21.2, 12q13 og 2q31.

indeks

  • 1 Discovery
  • 2 Hvad er Hox-generne?
    • 2.1 Terminologi
  • 3 egenskaber
  • 4 Evolution af Hox-gener
    • 4.1 Oprindelse af hvirveldyr
  • 5 referencer

opdagelse

Opdagelsen af ​​gener Hox Det var en milepæl i evolutionær og udviklingsbiologi. Disse gener blev opdaget mellem 70'erne og 80'erne takket være observationen af ​​to vigtige mutationer i frugtflyvet, Drosophila melanogaster.

En af mutationerne, Antennapedia, transformerer antennerne i benene, mens mutationen bithorax forårsager transformationen af ​​halteri (modificerede strukturer, typiske for insekter med vinger) i et andet par vinger.

Som det kan ses, når generne Hox de har mutationer, resultatet af dette er ret dramatisk. Og som i Drosophila, Ændringen fører til dannelsen af ​​strukturer på de forkerte steder.

Før genens opdagelse Hox, De fleste biologer mente, at den morfologiske mangfoldighed blev understøttet af en række forskellige DNA'er. Det var logisk at antage, at de oplagte forskelle mellem en hval og en kolibri, for eksempel, skulle afspejles i genetiske termer..

Med ankomsten af ​​gener Hox, denne tanke tog en fuldstændig tur, der gav plads til et nyt paradigme i biologi: en fælles sti for genetisk udvikling, der forener metazoernes ontogeni.

Hvad er Hox-generne?

Før du definerer begrebet gener Hox, Det er vigtigt at vide, hvad et gen er, og hvordan det virker. Gener er DNA-sekvenser, hvis meddelelse er udtrykt i en fænotype.

Beskeden af ​​DNA'et er skrevet i nukleotider, i nogle tilfælde passerer disse til et messenger-RNA, og dette translateres af ribosomerne i en sekvens af aminosyrer - de strukturelle "blokke" af proteinerne.

Generne Hox de er den mest kendte klasse af homeotiske gener, hvis funktion er at kontrollere specifikke mønstre af kropsstrukturer. Disse er ansvarlige for at kontrollere identiteten af ​​segmenterne langs dyrets antero-posterior akse.

De tilhører en enkelt genfamilie, der koder for et protein, som har en specifik aminosyresekvens, der er i stand til at interagere med DNA-molekylet.

Det er her termen homeobox kommer fra at beskrive den del i genet, mens det i proteinet hedder homeodomain. Homeobox-sekvensen har en sekvens på 180 basepar, og disse domæner er evolutionært meget konserverede mellem forskellige Phyla.

Takket være denne interaktion med DNA er generne Hox er i stand til at regulere transkriptionen af ​​andre gener.

terminologi

De involverede gener er sagt, at morfologiske funktioner kaldes loci homeotiske. I dyreriget er de vigtigste kendt som loci HOM (hos hvirvelløse dyr) og loci Hox (hos hvirveldyr). Men de er generelt kendt som loci Hox.

funktioner

Generne Hox De har en række meget ejendommelige og interessante egenskaber. Disse nøgleaspekter bidrager til at forstå dets funktion og dets potentielle rolle i evolutionærbiologi.

Disse gener er organiseret i "genkomplekser", hvilket betyder, at de ligger tæt på kromosomerne - hvad angår deres geografiske placering.

Det andet karakteristiske er den overraskende korrelation der eksisterer mellem ordren af ​​gener i DNA-sekvensen og den antero-posterior placering af produkterne af disse gener i embryoet. Bogstaveligt er de gener, der går "fremad", i den position.

På samme måde er der i tillæg til rumlig kolinearitet en tidsmæssig korrelation. Genene placeret ved 3'-enden synes tidligere i individets udvikling sammenlignet med dem, der findes yderligere tilbage.

Generne Hox tilhører klassen kaldet ANTP, som også omfatter gener Til Hox (relateret til disse), NK gener og andre.

Evolution af gener Hox

Ingen gener af ANTP-klassen var af Metazoans. I denne dyngruppes evolutionære udvikling var porifera den første gruppe at adskille, efterfulgt af cnidarianserne. Disse to linjer repræsenterer de to basale grupper af bilaterados.

Genetisk analyse udført på den berømte svamp Amphimedon queenslandica - dets berømmelse skyldes gener til nervesystemet - afslørede at denne porifere har flere gener af NK typen, men ingen gen Hox eller Til Hox.

I cnidarians er ingen gener blevet rapporteret Hox som sådan, at de opfylder ovennævnte egenskaber. Der er imidlertid gener Hox-lignende.

På den anden side har hvirvelløse dyr en enkelt klynge af gener Hox, mens hvirveldyr har flere kopier. Denne kendsgerning har været afgørende og har inspireret udviklingen af ​​teorier om gruppens udvikling.

Oprindelse af hvirveldyr

Den klassiske opfattelse af dette aspekt hævder, at de fire klynger af gener i det menneskelige genom er stammer takket være to runder af replikation af hele genomet. Udviklingen af ​​nye sekventeringsteknologier har dog givet anledning til tvivl om teorien.

Det nye bevis understøtter hypotesen om småskala hændelser (duplikering af segmenter, individuel duplikering af gener og translokationer), der opnåede det høje antal gener Hox at vi i dag iagttager i denne gruppe.

referencer

  1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., ... & Boncinelli, E. (1989). Mennesket HOX genfamilie. Nukleinsyrer forskning, 17(24), 10385-10402.
  2. Ferner, D. E. (2011). Hox og Til Hox gener i evolution, udvikling og genomics. Genomics, proteomics & bioinformatics, 9(3), 63-4.
  3. Hrycaj, S. M., & Wellik, D. M. (2016). Hox gener og evolution. F1000Research, 5, F1000 Fakultet Rev-859.
  4. Lappin, T.R., Grier, D.G., Thompson, A., & Halliday, H.L. (2006). HOX-gener: forførende videnskab, mystiske mekanismer. Ulster Medical Journal, 75(1), 23-31.
  5. Pearson, J.C., Citron, D., & McGinnis, W. (2005). modulerende Hox genfunktioner under dyrekropsmønstre. Natur Anmeldelser Genetik, 6(12), 893.