HOX GENAI: ATRADIMAS, SAVYBĖS IR EVOLIUCIJA - BIOLOGIJA - 2025

„ Hox“ genai yra didelė genų šeima, atsakinga už kūno struktūrų vystymosi reguliavimą. Jų buvo rasta visose metazoanose ir kitose giminaičių rūšyse, tokiose kaip augalai ir gyvūnai. Todėl jie pasižymi tuo, kad yra evoliuciškai labai konservuoti.

Šie genai veikia taip: jie koduoja transkripcijos faktorių - baltymą, galintį sąveikauti su DNR - kuris ekspresuojamas konkrečioje individo srityje nuo ankstyviausių vystymosi stadijų. Ši DNR surišimo seka vadinama homeobox.

Šaltinis: Antonio Quesada Díaz, per „Wikimedia Commons“

Beveik 30 metų tyrinėdami šią sritį, mokslininkai ištyrė skirtingas linijas ir padarė išvadą, kad šių genų raiškos modeliai yra stipriai susiję su kūno ašių išsidėstymu regionuose.

Šie įrodymai rodo, kad Hox genai vaidino nepakeičiamą vaidmenį gyvų būtybių kūno planų evoliucijoje, ypač Bilaterijoje. Taigi „Hox“ genai leido išaiškinti nuostabią gyvūnų formų įvairovę molekulinės perspektyvos požiūriu.

Mumyse, žmonėse, yra 39 Hox genai. Jie yra suskirstyti į keturias grupes arba grupes, išsidėsčiusias ant skirtingų chromosomų: 7p15, 17q21.2, 12q13 ir 2q31.

Atradimas

Hox genų atradimas buvo evoliucijos ir raidos biologijos etapas. Šie genai buvo aptikti nuo 70-ųjų iki 80-ųjų, nes buvo pastebėtos dvi pagrindinės vaisių musės - Drosophila melanogaster - mutacijos.

Viena iš mutacijų, antennapedia, antenas paverčia kojomis, o bithorakso mutacija sukelia haterių (modifikuotų struktūrų, būdingų sparnuotiems vabzdžiams) virsmą kita sparnų pora.

Kaip matyti, kai Hox genai turi mutacijas, to rezultatas yra gana dramatiškas. Ir, kaip ir Drosophila, pokyčiai lemia struktūrų susidarymą netinkamose vietose.

Prieš atraddami „Hox“ genus, dauguma biologų manė, kad morfologinę įvairovę palaiko įvairovė DNR lygiu. Logiška buvo manyti, kad akivaizdūs banginio ir kolibro, pavyzdžiui, skirtumai turėjo atsispindėti genetine prasme.

Atsiradus „Hox“ genams, šis mąstymas pasuko visišką posūkį, užleisdamas kelią naujai biologijos paradigmai: bendram genetinio vystymosi keliui, suvienijančiam metazoanų vienodiškumą.

Kas yra „Hox“ genai?

Prieš apibrėždami Hox genų sąvoką, būtina žinoti, kas yra genas ir kaip jis veikia. Genai yra DNR sekos, kurių pranešimas išreiškiamas fenotipu.

DNR pranešimas užrašomas nukleotidais, kai kuriais atvejais jie pereina į pasiuntinio RNR, ir tai ribosomomis paverčiama aminorūgščių seka - struktūriniais baltymų „statybiniais blokais“.

Hox genai yra geriausiai žinoma homeotinių genų klasė, kurios funkcija yra valdyti specifinius kūno struktūrų modelius. Jie yra atsakingi už segmentų, esančių išilgai prieškaulinės gyvūnų ašies, tapatybės kontrolę.

Jie priklauso vienai genų šeimai, koduojančiai baltymą, turintį specifinę aminorūgščių seką, galinčią sąveikauti su DNR molekule.

Iš čia kilęs terminas homeobox apibūdinti šį genų skyrių, o baltyme jis vadinamas homeodomain. „Homeobox“ seka turi 180 bazinių porų seką, ir šie domenai evoliuciškai yra labai konservuoti tarp skirtingų „Phyla“.

Dėl šios sąveikos su DNR „Hox“ genai sugeba sureguliuoti kitų genų transkripciją.

Terminija

Genai, dalyvaujantys šiose morfologinėse funkcijose, yra vadinami homeotiniais lokusais. Gyvūnų karalystėje svarbiausi yra HOM lokusai (bestuburiuose) ir Hox lokiai (stuburiniuose). Tačiau jie paprastai žinomi kaip Hox loci.

charakteristikos

„Hox“ genai turi labai daug savotiškų ir įdomių savybių. Šie pagrindiniai aspektai padeda suprasti jo veikimą ir galimą vaidmenį evoliucijos biologijoje.

Šie genai yra suskirstyti į „genų kompleksus“, o tai reiškia, kad jie yra arti chromosomų - pagal savo erdvinę vietą.

Antrasis požymis yra stebėtina koreliacija, egzistuojanti tarp genų eilės DNR seka ir šių genų produktų priešteroposterinės vietos embrione. Pažodžiui, „pirmyn“ žengiantys genai yra toje padėtyje.

Panašiai, be erdvinio kolineariškumo, egzistuoja ir laiko koreliacija. Genai, esantys 3 'gale, įvyksta anksčiau, kai vystosi individas, palyginti su tais, kurie randami toliau.

„Hox“ genai priklauso klasei, vadinamai ANTP, kuriai taip pat priklauso „ParaHox“ genai (su jais susiję), NK genai ir kiti.

Genų evoliucija

Jokių ANTP klasės genų nebuvo iš metazoinų. Evoliuciškai plėtojant šią gyvūnų grupę, pirmieji atsiskyrė pelynai, po jų sekė cnidarai. Šios dvi linijos atspindi dvi pagrindines dvišalių grupių grupes.

Garsaus kempinės „Amphimedon queenslandica“ genetinė analizė - jos šlovė atsirado dėl nervų sistemos genų - atskleidė, kad šis poringasis turi kelis NK tipo genus, bet neturi „Hox“ ar „ParaHox“ genų.

Apie tokius „Hox“ genus nebuvo pranešta cnidarianams, kurie atitiktų minėtas savybes. Tačiau yra ir į Hox panašių genų.

Kita vertus, bestuburiai turi vieną Hox genų klasterį, o stuburiniai turi kelias kopijas. Šis faktas buvo esminis ir paskatino kurti teorijas apie grupės evoliuciją.

Stuburinių gyvūnų kilmė

Klasikinis požiūris į šį aspektą teigia, kad keturios genomo grupės žmogaus genome atsirado dėl dviejų viso genomo replikacijų ciklų. Tačiau naujų sekos nustatymo technologijų sukūrimas suabejojo ​​teorija.

Nauji įrodymai palankiai vertina hipotezę, susijusią su nedidelio masto įvykiais (segmentų dubliavimu, individualiu genų dubliavimu ir translokacijomis), kurie pasiekė didelį Hox genų skaičių, kurį šiandien stebime šioje grupėje.

Nuorodos

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F.,… ir Boncinelli, E. (1989). Žmogaus HOX genų šeima. Nukleorūgščių tyrimai, 17 (24), 10385-10402.
2. Ferneris, DE (2011). Hox ir ParaHox genai evoliucijos, vystymosi ir genomikos srityse. Genomika, proteomika ir bioinformatika, 9 (3), 63–4.
3. „Hrycaj“, SM ir „Wellik“, DM (2016). Hox genai ir evoliucija. „F1000Research“, 5, F1000 fakultetas red. - 859.
4. Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A., ir Halliday, HL (2006). HOX genai: viliojantis mokslas, paslaptingi mechanizmai. „Ulster“ medicinos žurnalas, 75 (1), 23–31.
5. Pearson, JC, Lemons, D., ir McGinnis, W. (2005). Moduliuojančios Hox geno funkcijos gyvūno kūno modeliavimo metu. „Nature Reviews Genetics“, 6 (12), 893.