Genes Hox ontdekking, karakteristieken en evolutie

de genen Hox ze zijn een grote genenfamilie die verantwoordelijk zijn voor het reguleren van de ontwikkeling van lichaamsstructuren. Ze zijn gevonden in alle metazoans en in andere lijnen, zoals planten en dieren. Daarom worden ze gekenmerkt door evolutionair zeer geconserveerd te zijn.

Deze genen werken op de volgende manier: ze coderen voor een transcriptiefactor - een eiwit dat in staat is om te interageren met DNA - dat wordt uitgedrukt in een bepaald gebied van het individu vanaf de vroegste stadia van ontwikkeling. Deze DNA-bindingssequentie wordt homeobox genoemd.

Met bijna 30 jaar onderzoek op dit gebied hebben wetenschappers verschillende afstammingen bestudeerd en zijn tot de conclusie gekomen dat de expressiepatronen van deze genen sterk geassocieerd zijn met de regionalisering van lichaamsassen..

Dit bewijs suggereert dat de genen Hox zij hebben een onmisbare rol gespeeld in de evolutie van de lichamelijke plannen van levende wezens, met name in Bilateria. Dus de genen Hox hebben toegestaan ​​om de prachtige diversiteit van dierlijke vormen uit te leggen, vanuit een moleculair perspectief.

In ons mensen zijn er 39 genen Hox. Deze zijn gegroepeerd in vier tros of groepen, gelokaliseerd in verschillende chromosomen: 7p15, 17q21.2, 12q13 en 2q31.

index

• 1 Ontdekking
• 2 Wat zijn de Hox-genen?
  • 2.1 Terminologie
• 3 kenmerken
• 4 Evolutie van Hox-genen
  • 4.1 Oorsprong van gewervelde dieren
• 5 Referenties

ontdekking

De ontdekking van genen Hox het was een mijlpaal in evolutionaire en ontwikkelingsbiologie. Deze genen werden ontdekt tussen de jaren 70 en 80 dankzij de observatie van twee belangrijke mutaties in de fruitvlieg, Drosophila melanogaster.

Een van de mutaties, Antennapedia, transformeert de antennes in poten, terwijl de mutatie bithorax veroorzaakt de transformatie van de halteri (aangepaste structuren, kenmerkend voor insecten met vleugels) in een ander paar vleugels.

Zoals te zien is, wanneer de genen Hox ze hebben mutaties, het resultaat hiervan is behoorlijk dramatisch. En, zoals in Drosophila, de verandering leidt tot de vorming van structuren op de verkeerde plaatsen.

Voor de ontdekking van de genen Hox, De meeste biologen dachten dat de morfologische diversiteit werd ondersteund met een verscheidenheid aan DNA. Het was logisch om aan te nemen dat de duidelijke verschillen tussen een walvis en een kolibrie bijvoorbeeld in genetische termen moeten worden weerspiegeld..

Met de komst van genen Hox, deze gedachte nam een ​​volledige wending en maakte plaats voor een nieuw paradigma in de biologie: een gemeenschappelijk pad van genetische ontwikkeling dat de ontogenie van de Metazo's verenigt.

Wat zijn de Hox-genen?

Voordat het concept van genen wordt gedefinieerd Hox, Het is essentieel om te weten wat een gen is en hoe het werkt. Genen zijn DNA-sequenties waarvan het bericht tot expressie wordt gebracht in een fenotype.

De boodschap van het DNA wordt geschreven in nucleotiden, in sommige gevallen gaan deze over op een boodschapper-RNA en dit wordt door de ribosomen vertaald in een reeks aminozuren - de structurele "blokken" van de eiwitten.

De genen Hox ze zijn de bekendste klasse van homeotische genen, waarvan de functie is om specifieke patronen van lichaamsstructuren te controleren. Deze zijn verantwoordelijk voor het controleren van de identiteit van de segmenten langs de antero-posterieure as van de dieren.

Ze behoren tot een enkele genfamilie die codeert voor een eiwit dat een specifieke aminozuursequentie heeft die in staat is om te interageren met het DNA-molecuul.

Dat is waar de term homeobox vandaan komt om die sectie in het gen te beschrijven, terwijl het in het eiwit homeodomein wordt genoemd. De homeobox-sequentie heeft een sequentie van 180 basenparen en deze domeinen zijn evolutionair zeer geconserveerd tussen verschillende Phyla.

Dankzij deze interactie met DNA, de genen Hox zijn in staat om de transcriptie van andere genen te reguleren.

terminologie

Van de betrokken genen wordt gezegd dat morfologische functies worden genoemd loci homeotische. In het dierenrijk staan ​​de belangrijkste bekend als loci HOM (in ongewervelden) en loci Hox (in gewervelden). Ze zijn echter algemeen bekend als loci Hox.

features

De genen Hox Ze hebben een reeks zeer eigenaardige en interessante kenmerken. Deze sleutelaspecten helpen om het functioneren en de potentiële rol ervan in de evolutionaire biologie te begrijpen.

Deze genen zijn georganiseerd in 'gencomplexen', wat betekent dat ze zich dicht bij de chromosomen bevinden - in termen van hun ruimtelijke locatie.

Het tweede kenmerk is de verrassende correlatie die bestaat tussen de volgorde van genen in de DNA-sequentie en de antero-posterieure locatie van de producten van deze genen in het embryo. Letterlijk de genen die "vooruit" gaan, bevinden zich in die positie.

Op dezelfde manier is er, naast de ruimtelijke colineariteit, een correlatie in de tijd. De genen aan het 3'-uiteinde verschijnen eerder in de ontwikkeling van het individu, vergeleken met de genen die verderop zijn gevonden.

De genen Hox behoren tot de klasse genaamd ANTP, die ook genen omvat Voor Hox (gerelateerd aan deze), NK-genen en anderen.

Evolutie van genen Hox

Geen genen van de ANTP-klasse waren van de Metazoans. In de evolutionaire evolutie van deze groep dieren was de porifera de eerste groep die werd gescheiden, gevolgd door de cnidarians. Deze twee lijnen vertegenwoordigen de twee basale groepen van bilaterados.

Genetische analyse uitgevoerd op de beroemde spons Amphimedon queenslandica - zijn bekendheid is te danken aan genen voor het zenuwstelsel - onthulde dat deze porifere verschillende genen van het NK-type heeft, maar geen gen Hox of Voor Hox.

In de cnidarians zijn geen genen gerapporteerd Hox als zodanig, dat ze voldoen aan de bovengenoemde kenmerken. Er zijn echter genen Hox-like.

Aan de andere kant bezitten ongewervelden een enkele cluster van genen Hox, terwijl gewervelde dieren meerdere exemplaren hebben. Dit feit is cruciaal geweest en heeft de ontwikkeling van theorieën over de evolutie van de groep geïnspireerd.

Herkomst van gewervelde dieren

De klassieke visie op dit aspect stelt dat de vier clusters van genen in het menselijk genoom ontstaan ​​zijn dankzij twee replicatieronden van het gehele genoom. De ontwikkeling van nieuwe sequencingtechnologieën heeft de theorie echter in twijfel getrokken.

Het nieuwe bewijsmateriaal ondersteunt de hypothese met betrekking tot kleinschalige gebeurtenissen (duplicatie van segmenten, individuele duplicatie van genen en translocaties) die het hoge aantal genen bereikten Hox dat we vandaag in deze groep waarnemen.

referenties

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., ... & Boncinelli, E. (1989). De mens HOX genfamilie. Nucleic acids research, 17(24), 10385-10402.
2. Ferner, D. E. (2011). Hox en Voor Hox genen in evolutie, ontwikkeling en genomica. Genomica, proteomica en bio-informatica, 9(3), 63-4.
3. Hrycaj, S. M., & Wellik, D. M. (2016). Hox genen en evolutie. F1000Research, 5, F1000 Faculteit Rev-859.
4. Lappin, T.R., Grier, D.G., Thompson, A., & Halliday, H.L. (2006). HOX-genen: verleidelijke wetenschap, mysterieuze mechanismen. Het medische tijdschrift van Ulster, 75(1), 23-31.
5. Pearson, J.C., Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). modulerende Hox genfuncties tijdens de patronen van het dierenlichaam. Nature Reviews Genetica, 6(12), 893.