Genes Hox ανακάλυψη, χαρακτηριστικά και εξέλιξη



Το γονίδια Hox είναι μια μεγάλη οικογένεια γονιδίων που είναι υπεύθυνη για τη ρύθμιση της ανάπτυξης των δομών του σώματος. Έχουν βρεθεί σε όλα τα metazoans και σε άλλες γενεές, όπως τα φυτά και τα ζώα. Επομένως, χαρακτηρίζονται από την εξαιρετικά συντηρητική εξέλιξη.

Αυτά τα γονίδια λειτουργούν ως εξής: που κωδικοποιεί ένα παράγοντα μεταγραφής - μια πρωτεΐνη ικανή να αλληλεπιδρά με το DNA - που εκφράζεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ατόμου από τα πρώιμα στάδια της ανάπτυξης. Αυτή η αλληλουχία δέσμευσης DNA ονομάζεται homeobox.

Με σχεδόν 30 χρόνια έρευνας στον τομέα αυτό, οι επιστήμονες έχουν μελετήσει διαφορετικές γενεές και έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι τα πρότυπα έκφρασης αυτών των γονιδίων συνδέονται στενά με την περιφερειοποίηση των άξων του σώματος..

Αυτά τα στοιχεία δείχνουν ότι τα γονίδια Hox έχουν διαδραματίσει έναν αναπόσπαστο ρόλο στην εξέλιξη των σωματικών σχεδίων των ζωντανών όντων, ιδιαίτερα στη Μικρατερία. Έτσι, τα γονίδια Hox έχουν επιτρέψει να εξηγήσουν τη θαυμάσια ποικιλία των ζωικών μορφών, από μοριακή άποψη.

Σε μας, οι άνθρωποι, υπάρχουν 39 γονίδια Hox. Αυτά ομαδοποιούνται σε τέσσερα συμπλέγματος ή ομάδες, που βρίσκονται σε διαφορετικά χρωμοσώματα: 7ρ15, 17q21.2, 12q13 και 2q31.

Ευρετήριο

  • 1 Ανακάλυψη
  • 2 Ποια είναι τα γονίδια Hox?
    • 2.1 Ορολογία
  • 3 Χαρακτηριστικά
  • 4 Εξέλιξη γονιδίων Hox
    • 4.1 Καταγωγή των σπονδυλωτών
  • 5 Αναφορές

Ανακάλυψη

Η ανακάλυψη των γονιδίων Hox ήταν ένα ορόσημο στην εξελικτική και αναπτυξιακή βιολογία. Αυτά τα γονίδια ανακαλύφθηκαν μεταξύ της δεκαετίας του '70 και του '80 χάρη στην παρατήρηση δύο βασικών μεταλλάξεων στη μύγα καρπών, Drosophila melanogaster.

Μία από τις μεταλλάξεις, antennapedia, μετατρέπει τις κεραίες στα πόδια, ενώ η μετάλλαξη bithorax προκαλεί το μετασχηματισμό του halteri (τροποποιημένες δομές, χαρακτηριστικές των εντόμων με φτερά) σε ένα άλλο ζευγάρι φτερών.

Όπως μπορεί να φανεί, όταν τα γονίδια Hox έχουν μεταλλάξεις, το αποτέλεσμα είναι αρκετά δραματικό. Και, όπως στο Drosophila, η αλλαγή οδηγεί στο σχηματισμό δομών σε λάθος σημεία.

Πριν από την ανακάλυψη των γονιδίων Hox, Οι περισσότεροι βιολόγοι πίστευαν ότι η μορφολογική ποικιλομορφία υποστηρίχθηκε με μια ποικιλία DNA. Ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι οι προφανείς διαφορές μεταξύ μιας φάλαινας και ενός κολιμπρί, για παράδειγμα, πρέπει να αντικατοπτρίζονται σε γενετικούς όρους..

Με την άφιξη γονιδίων Hox, αυτή η σκέψη πήρε μια πλήρη στροφή, δίνοντας τη θέση της σε ένα νέο πρότυπο στη βιολογία: μια κοινή πορεία γενετικής ανάπτυξης που ενοποιεί την οντογένεια των Metazoans.

Ποια είναι τα γονίδια Hox?

Πριν από τον ορισμό της έννοιας των γονιδίων Hox, Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τι είναι ένα γονίδιο και πώς λειτουργεί. Τα γονίδια είναι αλληλουχίες DNA των οποίων το μήνυμα εκφράζεται σε φαινότυπο.

Το μήνυμα του DNA είναι γραμμένο σε νουκλεοτίδια, σε μερικές περιπτώσεις αυτά περνούν σε αγγελιοφόρο RNA και αυτό μεταφράζεται από τα ριβοσώματα σε μια ακολουθία αμινοξέων - τα δομικά "μπλοκ" των πρωτεϊνών.

Τα γονίδια Hox είναι η πιο γνωστή κατηγορία ομοιοπαθητικών γονιδίων, η λειτουργία των οποίων είναι ο έλεγχος συγκεκριμένων μορφών δομών του σώματος. Αυτοί είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο της ταυτότητας των τμημάτων κατά μήκος του προ-οπίσθιου άξονα των ζώων.

Ανήκουν σε μία οικογένεια γονιδίων που κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που έχει μια ειδική αλληλουχία αμινοξέων ικανή να αλληλεπιδρά με το μόριο ϋΝΑ.

Εκεί προέρχεται ο όρος homeobox για να περιγράψει αυτό το τμήμα στο γονίδιο, ενώ στην πρωτεΐνη ονομάζεται homeodomain. Η αλληλουχία homeobox έχει μια αλληλουχία 180 ζευγών βάσης και αυτοί οι τομείς είναι εξελικτικά πολύ διατηρημένοι μεταξύ διαφορετικών Phyla.

Χάρη σε αυτή την αλληλεπίδραση με το DNA, τα γονίδια Hox είναι σε θέση να ρυθμίζουν τη μεταγραφή άλλων γονιδίων.

Ορολογία

Τα γονίδια που εμπλέκονται λέγονται οι μορφολογικές λειτουργίες loci homeotic Στο ζωικό βασίλειο, τα πιο σημαντικά είναι γνωστά ως τόποι HOM (σε ασπόνδυλα) και τους τόπους Hox (στα σπονδυλωτά). Ωστόσο, είναι γενικά γνωστά ως τόποι Hox.

Χαρακτηριστικά

Τα γονίδια Hox Έχουν μια σειρά από πολύ περίεργα και ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά. Αυτές οι βασικές πτυχές βοηθούν στην κατανόηση της λειτουργίας του και του δυνητικού του ρόλου στην εξελικτική βιολογία.

Αυτά τα γονίδια είναι οργανωμένα σε "γονιδιακά σύμπλοκα", που σημαίνει ότι βρίσκονται κοντά στα χρωμοσώματα - από την άποψη της χωρικής τους θέσης.

Το δεύτερο χαρακτηριστικό είναι η εκπληκτική συσχέτιση που υπάρχει μεταξύ της σειράς των γονιδίων στην αλληλουχία του DNA και της προ-οπίσθιας θέσης των προϊόντων αυτών των γονιδίων στο έμβρυο. Κυριολεκτικά τα γονίδια που βρίσκονται "μπροστά" βρίσκονται σε αυτή τη θέση.

Με τον ίδιο τρόπο, εκτός από την χωρική συνοδεία, υπάρχει μια χρονική συσχέτιση. Τα γονίδια που βρίσκονται στο 3 'άκρο εμφανίζονται νωρίτερα στην ανάπτυξη του ατόμου, σε σύγκριση με τα γονίδια που βρίσκονται πιο πίσω.

Τα γονίδια Hox ανήκουν στην κατηγορία που ονομάζεται ANTP, η οποία περιλαμβάνει επίσης γονίδια Για τον Χοξ (που σχετίζονται με αυτά), γονίδια NK και άλλα.

Εξέλιξη γονιδίων Hox

Κανένα γονίδιο της τάξης ANTP δεν ήταν των Metazoans. Στην εξελικτική εξέλιξη αυτής της ομάδας ζώων, οι porifera ήταν η πρώτη ομάδα που χωρίστηκε, ακολουθούμενη από τους cnidarians. Αυτές οι δύο γενεές αντιπροσωπεύουν τις δύο βασικές ομάδες του διτερτειράδου.

Γενετική ανάλυση πραγματοποιήθηκε στο περίφημο σφουγγάρι Amphimedon queenslandica - η φήμη της οφείλεται σε γονίδια για το νευρικό σύστημα - αποκάλυψε ότι αυτό το πορφυρό έχει αρκετά γονίδια του τύπου ΝΚ, αλλά δεν υπάρχει γονίδιο Hox o Για τον Χοξ.

Στους cnidarians δεν έχουν αναφερθεί γονίδια Hox ως τέτοια, ότι συμμορφώνονται με τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά. Ωστόσο, υπάρχουν γονίδια Hox-όπως.

Από την άλλη πλευρά, τα ασπόνδυλα διαθέτουν ένα ενιαίο σύνολο γονιδίων Hox, ενώ τα σπονδυλωτά έχουν πολλαπλά αντίγραφα. Αυτό το γεγονός ήταν κρίσιμο και ενέπνευσε την ανάπτυξη θεωριών σχετικά με την εξέλιξη της ομάδας.

Καταγωγή σπονδυλωτών

Η κλασική άποψη αυτής της πτυχής υποστηρίζει ότι οι τέσσερις συστάδες γονιδίων στο ανθρώπινο γονιδίωμα προήλθαν χάρη σε δύο κύκλους αντιγραφής ολόκληρου του γονιδιώματος. Ωστόσο, η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών αλληλούχησης έχει θέσει υπό αμφισβήτηση τη θεωρία.

Τα νέα αποδεικτικά στοιχεία υποστηρίζουν την υπόθεση σχετικά με γεγονότα μικρής κλίμακας (επικάλυψη τμημάτων, ατομική επανάληψη γονιδίων και μετατοπίσεις) που πέτυχαν τον υψηλό αριθμό γονιδίων Hox που παρατηρούμε σήμερα σε αυτή την ομάδα.

Αναφορές

  1. Acampora, D., D'Esposito, Μ, Faiella, Α, Pannese, Μ Migliaccio, Ε, Morelli, F., ... & Boncinelli, Ε (1989). Ο άνθρωπος HOX οικογένεια γονιδίων. Έρευνα νουκλεϊκών οξέων, 17(24), 10385-10402.
  2. Ferner, D.E. (2011). Hox και Για τον Χοξ γονίδια στην εξέλιξη, την ανάπτυξη και τη γονιδιωματική. Γονιδιωματική, πρωτεϊνωματική και βιοπληροφορική, 9(3), 63-4.
  3. Hrycaj, S. Μ., & Wellik, D. Μ. (2016). Hox γονίδια και εξέλιξη. F1000Research, 5, F1000 Σχολή Rev-859.
  4. Lappin, Τ. R., Grier, D.G., Thompson, Α., & Halliday, Η. L. (2006). HOX γονίδια: σαγηνευτική επιστήμη, μυστηριώδεις μηχανισμοί. Το ιατρικό περιοδικό του Ulster, 75(1), 23-31.
  5. Pearson, J.C., Lemons, D. & McGinnis, W. (2005). Τροποποίηση Hox γονιδιακές λειτουργίες κατά τη διαμόρφωση των ζωικών σωμάτων. Φύση Κριτικές Γενετική, 6(12), 893.