Эти гены Нох представляют собой большое семейство генов , которые отвечают за регулирование развития структур тела. Они были обнаружены у всех многоклеточных животных и в других линиях, таких как растения и животные. Таким образом, они характеризуются эволюционной сохранностью.
Эти гены работают следующим образом: они кодируют фактор транскрипции - белок, способный взаимодействовать с ДНК, - который экспрессируется в определенной области человека с самых ранних стадий развития. Эта связывающая ДНК последовательность называется гомеобоксом.
Источник: Антонио Кесада Диас, через Wikimedia Commons.
За почти 30 лет исследований в этой области ученые изучили различные клоны и пришли к выводу, что образцы экспрессии этих генов тесно связаны с регионализацией осей тела.
Это свидетельство предполагает, что гены Hox сыграли незаменимую роль в эволюции телесных планов живых существ, особенно у Bilateria. Таким образом, гены Hox позволили объяснить великолепное разнообразие форм животных с молекулярной точки зрения.
У людей 39 Hox-генов. Они сгруппированы в четыре кластера или группы, расположенные на разных хромосомах: 7p15, 17q21.2, 12q13 и 2q31.
открытие
Открытие Hox-генов стало важной вехой в эволюционной биологии и биологии развития. Эти гены были обнаружены между 70-ми и 80-ми годами благодаря наблюдению за двумя ключевыми мутациями у плодовой мухи Drosophila melanogaster.
Одна из мутаций, антеннапедия, превращает усики в ноги, в то время как мутация биторакса вызывает превращение жужжальцев (модифицированных структур, типичных для крылатых насекомых) в другую пару крыльев.
Как можно видеть, когда гены Hox имеют мутации, результат очень драматичен. И, как и у дрозофилы, изменение приводит к образованию структур в неправильных местах.
До открытия Hox-генов большинство биологов считали, что морфологическое разнообразие поддерживается разнообразием на уровне ДНК. Было логично предположить, что очевидные различия между китом и колибри, например, должны быть отражены в генетических терминах.
С появлением Hox-генов это мышление полностью изменилось, уступив место новой парадигме в биологии: общему пути генетического развития, объединяющему онтогенез Metazoans.
Что такое гены Hox?
Прежде чем определять концепцию Hox-генов, важно знать, что такое ген и как он работает. Гены - это последовательности ДНК, сообщение которых выражается в фенотипе.
Сообщение ДНК записывается в нуклеотидах, в некоторых случаях они передаются в информационную РНК, которая транслируется рибосомами в последовательность аминокислот - структурных «строительных блоков» белков.
Hox-гены - это самый известный класс гомеотических генов, функция которых заключается в контроле определенных паттернов структур тела. Они отвечают за контроль идентичности сегментов вдоль переднезадней оси животных.
Они принадлежат к одному семейству генов, которые кодируют белок с определенной аминокислотной последовательностью, способной взаимодействовать с молекулой ДНК.
Отсюда термин «гомеобокс» для описания этого участка в гене, а в белке он называется гомеодоменом. Последовательность гомеобокса имеет последовательность из 180 пар оснований, и эти домены эволюционно высоко консервативны среди различных Phyla.
Благодаря такому взаимодействию с ДНК гены Hox способны регулировать транскрипцию других генов.
терминология
Гены, участвующие в этих морфологических функциях, называются гомеотическими локусами. В животном мире наиболее важные из них известны как HOM-локусы (у беспозвоночных) и Hox loci (у позвоночных). Однако они обычно известны как Hox loci.
характеристики
Гены Hox обладают рядом очень своеобразных и интересных характеристик. Эти ключевые аспекты помогают понять его функционирование и его потенциальную роль в эволюционной биологии.
Эти гены организованы в «генные комплексы», что означает, что они расположены близко друг к другу на хромосомах - с точки зрения их пространственного расположения.
Вторая характеристика - это удивительная корреляция, которая существует между порядком генов в последовательности ДНК и переднезадним расположением продуктов этих генов в эмбрионе. Буквально в этом положении находятся гены, идущие «вперед».
Точно так же, помимо пространственной коллинеарности, существует временная корреляция. Гены, расположенные на 3'-конце, возникают раньше в развитии индивидуума по сравнению с генами, обнаруженными дальше назад.
Гены Hox принадлежат к классу под названием ANTP, который также включает гены ParaHox (связанные с ними), гены NK и другие.
Эволюция генов
Гены класса ANTP не были от Metazoans. В процессе эволюционного развития этой группы животных первыми отделились пориферы, за ними последовали книдарии. Эти две линии представляют две базальные группы билатеральных линий.
Генетический анализ, проведенный на знаменитой губке Amphimedon queenslandica - ее известность связана с генами нервной системы - показал, что у этой пористой губки есть несколько генов типа NK, но нет генов Hox или ParaHox.
О генах Hox как таковых не сообщалось у книдарийцев, отвечающих вышеупомянутым характеристикам. Однако есть Hox-подобные гены.
С другой стороны, у беспозвоночных есть один кластер Hox-генов, а у позвоночных - несколько копий. Этот факт имел решающее значение и вдохновил на развитие теорий об эволюции группы.
Происхождение позвоночных
Классический взгляд на этот аспект утверждает, что четыре кластера генов в геноме человека возникли благодаря двум циклам репликации всего генома. Однако разработка новых технологий секвенирования поставила под сомнение эту теорию.
Новые данные подтверждают гипотезу, относящуюся к мелкомасштабным событиям (дупликация сегментов, индивидуальная дупликация генов и транслокации), которые привели к большому количеству Hox-генов, которое мы наблюдаем сегодня в этой группе.
Ссылки
- Акампора, Д., Д'Эспозито, М., Файелла, А., Паннезе, М., Мильяччио, Э., Морелли, Ф.,… и Бончинелли, Э. (1989). Семейство генов HOX человека. Исследование нуклеиновых кислот, 17 (24), 10385-10402.
- Фернер, DE (2011). Гены Hox и ParaHox в эволюции, развитии и геномике. Геномика, протеомика и биоинформатика, 9 (3), 63-4.
- Хрицай, С.М., и Веллик, Д.М. (2016). Hox-гены и эволюция. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-859.
- Лаппин, Т.Р., Гриер, Д.Г., Томпсон, А., и Холлидей, HL (2006). Гены HOX: соблазнительная наука, загадочные механизмы. Ольстерский медицинский журнал, 75 (1), 23-31.
- Пирсон, Дж. К., Лимонс, Д., и МакГиннис, В. (2005). Модуляция функций гена Hox во время формирования паттерна тела животных. Nature Reviews Genetics, 6 (12), 893.