Homeobox

Homeobox es una  secuencia de ADN que se encuentra en genes implicados en la regulación del desarrollo en animales, hongos y plantas. Estos genes codifican factores de transcripción que tienden a cambiar las cascadas de otros genes. El homeobox tiene una longitud aproximada de 180 pb y codifica un dominio de proteína ( homeodominio ) de 60 aminoácidos de longitud que puede unirse al ADN.

Los genes que contienen la homeobox forman una familia separada. Los mejor estudiados y más conservados son los genes Hox , que controlan la segmentación durante el desarrollo.

Los genes que contienen homeobox fueron descubiertos de forma independiente en 1983 por el grupo de Walter Hering en la Universidad de Basilea , Suiza, y por Matthew Scott y Amy Weiner, quienes estaban trabajando con Thomas Kofman en la Universidad de Indiana , Bloomington [1] [2] .

Homeodominio

El homeodominio contiene una estructura hélice-giro-hélice ,  en la que tres hélices α están conectadas por secciones cortas no helicoidales. Las dos hélices α más cortas, ubicadas más cerca del extremo N, son antiparalelas, y la tercera hélice α, más larga y más cercana al extremo C, es aproximadamente perpendicular a los ejes de las dos primeras; se une directamente al ADN.

El homeodominio se une al ADN de una manera específica. Sin embargo, la especificidad de un único homeodominio no suele ser suficiente para reconocer el gen diana. Por lo general, las proteínas que contienen homeodominio actúan en la región promotora de los genes diana junto con otros factores de transcripción , a menudo también proteínas que contienen homeodominio. Dichos complejos suelen tener una especificidad mucho mayor que una proteína que tiene un solo homeodominio.

genes Hox

La evidencia molecular sugiere que incluso Cnidaria tiene varios genes Hox ; es posible que ya estuvieran presentes en los ancestros comunes de los cnidarios y los verdaderos animales bilaterales . Así, estos genes aparecieron antes del comienzo del Paleozoico [3] .

Los genes Hox son absolutamente esenciales para el desarrollo de los metazoos, definen las regiones de desarrollo embrionario a lo largo del eje anterior-posterior. En el anfibio Xenopus , el primer gen Hox de vertebrado fue aislado por Eddy Robetis et al en 1984 (véase Carrasco, McGinnis, Gehring y De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984).

En los vertebrados, los cuatro grupos de parálogos difieren parcialmente en función, en particular, HoxA y HoxD determinan el desarrollo a lo largo del eje de las extremidades.

El principal interés en estos genes se debe a su comportamiento único. Estos genes generalmente se organizan en grupos, el orden lineal de los genes dentro del grupo corresponde al tiempo o lugar del trabajo del gen en el desarrollo. Este fenómeno se llama colinealidad. Los cambios en los genes del grupo conducen a cambios similares en las áreas de acción correspondientes de los genes subsiguientes. Ejemplos de tales genes son los genes Antennapedia y bithorax en Drosophila.

Diversidad

Los genes homeobox se encontraron por primera vez en Drosophila y desde entonces se han encontrado en muchas otras especies, desde insectos hasta reptiles y mamíferos, así como hongos, levaduras y plantas. En las plantas, el grupo de genes Knox homeobox (knox) está bien estudiado, que, al igual que los genes que contienen homeobox en animales, son factores de transcripción que regulan el desarrollo.

En plantas

Genes homeóticos vegetales bien estudiados Los genes MAD no son homólogos a los genes Hox en animales. No contienen un homeobox, pero contienen otra secuencia no homóloga de 168-180 pares de bases: MADS-box . Al igual que homeobox, MADS-box codifica el dominio proteico correspondiente responsable de la unión al ADN. Las plantas y los mamíferos no tienen los mismos genes homeóticos, lo que parece indicar que los genes homeóticos surgieron de forma independiente en las primeras etapas de la evolución de plantas y animales.

En humanos

Los genes humanos que contienen homeobox se dividen en cuatro grupos ubicados en diferentes cromosomas:

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

También hay una familia de genes que contiene una homeobox emparejada ( PAX ).

Mutaciones

Las mutaciones en genes que contienen homeobox pueden tener manifestaciones fenotípicas visibles significativas.

Dos ejemplos de mutaciones que afectan a los genes homeobox en Drosophila son la aparición de extremidades en lugar de antenas ( antenapedia ) y la aparición de un segundo par de alas.

Las duplicaciones de genes que contienen un homeobox pueden provocar la formación de nuevos segmentos corporales, por lo que tales duplicaciones son importantes en la evolución de los animales segmentados.

Reglamento

La regulación de los genes Hox es muy compleja e incluye interacciones recíprocas, principalmente inhibitorias. En Drosophila se conocen dos grupos de genes, las proteínas de los grupos Polycomb y Trithorax . Los complejos que mantienen la expresión de los genes Hox funcionan durante el desarrollo de las larvas después de la regulación a la baja de los genes de regla de pares y brecha. Las proteínas del grupo Polycomb pueden suprimir los genes HOX cambiando la estructura de la cromatina [4] .

Entre los genes Hox hay tramos de ADN que antes se consideraban sin sentido. De ellos se leen moléculas cortas de ARN regulador. Algunos de ellos aumentan o disminuyen la expresión de los genes Hox , algunos afectan indirectamente el trabajo de otros factores de transcripción. Los experimentos han demostrado que estos miARN pueden regular tanto los genes Hox vecinos como los distantes [5] .

Notas

  1. McGinnisW; Levine MS, Hafen E., Kuroiwa A., Gehring WJ Una secuencia de ADN conservada en genes homeóticos de los complejos complejos  Drosophila Antennapedia y Bithorax  // Naturaleza . - 1984. - vol. 308 , núm. 5958 . - P. 428-433 . -doi : 10.1038/ 308428a0 . —PMID 6323992 .
  2. Diputado de Scott; Weiner AJ Relaciones estructurales entre los genes que controlan el desarrollo: homología de secuencia entre los loci de Antennapedia,  Ultrabithorax y fushi tarazu de Drosophila  // Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . - 1984. - vol. 81 , núm. 13 _ - Pág. 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. Orígenes prebilaterianos del grupo Hox y el código Hox: evidencia de la anémona de mar, Nematostella vectensis  // PLOS One  . - 2007. - Enero ( vol. 2 , no. 1 ). — P.e153 . - doi : 10.1371/journal.pone.0000153 .
  4. Portoso M y Cavalli G. El papel de la iARN y los ARN no codificantes en el control de la expresión génica y la programación genómica mediado por Polycomb // El ARN y la regulación de la expresión génica: una capa oculta de  complejidad . – Prensa Académica Caister, 2008.
  5. Novedades científicas sobre los famosos genes Hox, reguladores del desarrollo • Elena Naimark • Noticias científicas sobre Elementos • Genética . elementy.ru Consultado el 5 de abril de 2019. Archivado desde el original el 8 de enero de 2019.

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