Homeobox

Homeobox er en  DNA -sekvens , der findes i gener , der er involveret i reguleringen af ​​udviklingen hos dyr, svampe og planter. Disse gener koder for transkriptionsfaktorer, der har tendens til at skifte kaskader af andre gener. Homeoboxen er ca. 180 bp lang og koder for et 60 aminosyre langt proteindomæne ( homeodomæne ), der kan binde DNA.

De gener, der indeholder homeoboxen, danner en separat familie. De bedst undersøgte og mest bevarede af disse er Hox-generne , som kontrollerer segmentering under udvikling.

Homeobox-holdige gener blev uafhængigt opdaget i 1983 af Walter Herings gruppe ved University of Basel , Schweiz, og af Matthew Scott og Amy Weiner, som arbejdede med Thomas Kofman ved Indiana University , Bloomington [1] [2] .

Homeodomæne

Homeodomænet indeholder en helix-turn-helix-struktur ,  hvor tre α-helixer er forbundet med korte ikke-spiralformede sektioner. De to kortere α-helixer, der er placeret tættere på N-terminalen, er antiparallelle, og den tredje α-helix, længere og tættere på C-terminalen, er omtrent vinkelret på akserne af de to første; det binder direkte til DNA.

Homeodomænet binder sig til DNA på en bestemt måde. Specificiteten af ​​et enkelt homeodomæne er dog normalt ikke nok til at genkende målgenet. Typisk virker homeodomæne-holdige proteiner i promotorregionen af ​​målgener i forbindelse med andre transkriptionsfaktorer , ofte også homeodomæne-holdige proteiner. Sådanne komplekser har typisk en meget højere specificitet end et protein med et enkelt homeodomæne.

Hox-gener

Molekylære beviser tyder på, at selv Cnidaria har en række Hox-gener ; det er muligt, at de allerede var til stede i de fælles forfædre til cnidarians og ægte bilaterale dyr . Disse gener dukkede således op før begyndelsen af ​​palæozoikum [3] .

Hox gener er absolut essentielle for metazoan udvikling, de definerer regionerne for embryonal udvikling langs den anterior-posteriore akse. I amfibien Xenopus blev det første hvirveldyr Hox-gen isoleret af Eddy Robetis et al. i 1984 (se Carrasco, McGinnis, Gehring og De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984).

Hos hvirveldyr adskiller de fire klynger af paraloger sig delvist i funktion, især HoxA og HoxD bestemmer udviklingen langs lemmeraksen.

Hovedinteressen i disse gener skyldes deres unikke adfærd. Disse gener er normalt arrangeret i grupper, den lineære rækkefølge af generne i klyngen svarer til tidspunktet eller stedet for genets arbejde under udvikling. Dette fænomen kaldes kollinearitet. Ændringer i generne i klyngen fører til lignende ændringer i de tilsvarende virkningsområder for efterfølgende gener. Eksempler på sådanne gener er Antennapedia- og bithorax- generne i Drosophila.

Diversitet

Homeobox-gener blev først fundet i Drosophila, og er siden blevet fundet i mange andre arter, lige fra insekter til krybdyr og pattedyr, samt svampe, gær og planter. I planter er knotex homeobox (knox) gengruppen godt undersøgt, der ligesom de gener, der indeholder homeobox i dyr, er transkriptionsfaktorer, der regulerer udviklingen.

I planter

Godt undersøgte plantehomotiske gener MADs- gener er ikke homologe med Hox-gener hos dyr. De indeholder ikke en homeobox, men indeholder en anden, ikke-homolog sekvens på 168-180 basepar - MADS-box . Ligesom homeobox koder MADS-box for det tilsvarende proteindomæne, der er ansvarligt for DNA-binding. Planter og pattedyr har ikke de samme homøotiske gener, hvilket synes at indikere, at homøotiske gener opstod uafhængigt i de tidlige stadier af plante- og dyreevolution.

Hos mennesker

Menneskelige gener, der indeholder homeobox, er opdelt i fire klynger placeret på forskellige kromosomer:

Navn Kromosom Gener
HOXA (nogle gange HOX1) - HOXA@ kromosom 7 HOXA1 , HOXA2 , HOXA3 , HOXA4 , HOXA5 , HOXA6 , HOXA7 , HOXA9 , HOXA10 , HOXA11 , HOXA13
HOXB- HOXB@ kromosom 17 HOXB1 , HOXB2 , HOXB3 , HOXB4 , HOXB5 , HOXB6 , HOXB7 , HOXB8 , HOXB9 , HOXB13
HOXC- HOXC@ kromosom 12 HOXC4 , HOXC5 , HOXC6 , HOXC8 , HOXC9 , HOXC10 , HOXC11 , HOXC12 , HOXC13
HOXD- HOXD@ kromosom 2 HOXD1 , HOXD3 , HOXD4 , HOXD8 , HOXC9 , HOXD10 , HOXD11 , HOXD12 , HOXD13

Der er også en familie af gener, der indeholder en parret homeobox ( PAX ).

Mutationer

Mutationer i gener, der indeholder homeobox, kan have betydelige synlige fænotypiske manifestationer.

To eksempler på mutationer, der påvirker homeobox-gener i Drosophila, er udseendet af lemmer i stedet for antenner ( antennapedia ) og udseendet af et andet par vinger.

Duplikationer af gener, der indeholder en homeobox, kan forårsage dannelsen af ​​nye kropssegmenter, så sådanne duplikationer er vigtige i udviklingen af ​​segmenterede dyr.

Forordning

Reguleringen af ​​Hox-gener er meget kompleks og omfatter gensidige interaktioner, hovedsageligt hæmmende. I Drosophila kendes to grupper af gener, proteinerne fra Polycomb- og Trithorax- grupperne . De komplekser, der opretholder ekspression af Hox-generne, virker under larveudviklingen efter nedregulering af par-regel- og gap-generne. Proteiner fra Polycomb-gruppen kan undertrykke HOX-gener ved at ændre strukturen af ​​kromatin [4] .

Mellem Hox -generne er strækninger af DNA, som tidligere blev betragtet som meningsløse. Korte molekyler af regulerende RNA aflæses fra dem. Nogle af dem øger eller mindsker ekspressionen af ​​selve Hox-generne , nogle påvirker indirekte arbejdet af andre transkriptionsfaktorer. Eksperimenter har vist, at disse miRNA'er kan regulere både nabo- og fjerne Hox- gener [5] .

Noter

  1. ↑ McGinnis W; Levine MS, Hafen E., Kuroiwa A., Gehring WJ En konserveret DNA-sekvens i homøotiske gener fra Drosophila Antennapedia og Bithorax- komplekskomplekserne   // Nature . - 1984. - Bd. 308 , nr. 5958 . - S. 428-433 . - doi : 10.1038/308428a0 . — PMID 6323992 .
  2. ↑ Scott MP; Weiner AJ Strukturelle forhold mellem gener, der styrer udvikling: sekvenshomologi mellem Antennapedia,  Ultrabithorax og fushi tarazu loci af Drosophila  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1984. - Bd. 81 , nr. 13 . - P. 4115-4119 . - doi : 10.1073/pnas.81.13.4115 . — PMID 6330741 .
  3. ↑ Ryan, Joseph F; Maureen E. Mazza, Kevin Pang, David Q. Matus, Andreas D. Baxevanis, Mark Q. Martindale, John R. Finnertyl. Pre-Bilaterian Origins of the Hox Cluster and the Hox Code: Evidence from the Sea Anemone, Nematostella vectensis  // PLOS One  . - 2007. - Januar ( bind 2 , nr. 1 ). — P.e153 . - doi : 10.1371/journal.pone.0000153 .
  4. ↑ Portoso M og Cavalli G. Rollen af ​​RNAi og ikke-kodende RNA'er i polycomb-medieret kontrol af genekspression og genomisk programmering // RNA og reguleringen af ​​genekspression: et skjult lag af  kompleksitet . – Caister Academic Press, 2008.
  5. ↑ Nyt i videnskaben om de berømte Hox-gener, udviklingsregulatorer • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om Elementer • Genetik . elementy.ru Hentet 5. april 2019. Arkiveret fra originalen 8. januar 2019.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier