Homeobox

Homeobox är en  DNA- sekvens som finns i gener som är involverade i regleringen av utvecklingen hos djur, svampar och växter. Dessa gener kodar för transkriptionsfaktorer som tenderar att byta kaskader av andra gener. Homeoboxen är cirka 180 bp lång och kodar för en 60 aminosyror lång proteindomän ( homeodomän ) som kan binda DNA.

Generna som innehåller homeoboxen bildar en separat familj. De bäst studerade och mest bevarade av dessa är Hox-generna , som kontrollerar segmenteringen under utvecklingen.

Homeobox-innehållande gener upptäcktes oberoende 1983 av Walter Herings grupp vid University of Basel , Schweiz, och av Matthew Scott och Amy Weiner, som arbetade med Thomas Kofman vid Indiana University , Bloomington [1] [2] .

Homeodomän

Homeodomänen innehåller en helix-turn-helix-struktur ,  där tre α-helixar är förbundna med korta icke-spiralformade sektioner. De två kortare α-helixarna, belägna närmare N-änden, är antiparallella, och den tredje α-helixen, längre och närmare C-änden, är ungefär vinkelrät mot axlarna för de två första; det binder direkt till DNA.

Homeodomänen binder till DNA på ett specifikt sätt. Men specificiteten hos en enda homeodomän är vanligtvis inte tillräcklig för att känna igen målgenen. Vanligtvis verkar homeodomän-innehållande proteiner i promotorregionen av målgener i samband med andra transkriptionsfaktorer , ofta även homeodomän-innehållande proteiner. Sådana komplex har typiskt mycket högre specificitet än ett protein som har en enda homeodomän.

Hox-gener

Molekylära bevis tyder på att även Cnidaria har ett antal Hox-gener ; det är möjligt att de redan fanns i de gemensamma förfäderna till cnidarians och sanna bilaterala djur . Således dök dessa gener upp före början av paleozoiken [3] .

Hox-gener är absolut nödvändiga för metazoanutveckling, de definierar regionerna för embryonal utveckling längs den främre-bakre axeln. I amfibien Xenopus isolerades den första Hox-genen för ryggradsdjur av Eddy Robetis et al 1984 (se Carrasco, McGinnis, Gehring och De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984).

Hos ryggradsdjur skiljer sig de fyra klustren av paraloger delvis i funktion, i synnerhet HoxA och HoxD bestämmer utvecklingen längs extremitetsaxeln.

Det största intresset för dessa gener beror på deras unika beteende. Dessa gener är vanligtvis ordnade i grupper, den linjära ordningen av generna inom klustret motsvarar tid eller plats för genens arbete under utveckling. Detta fenomen kallas kollinearitet. Förändringar i generna i klustret leder till liknande förändringar i motsvarande verkningsområden för efterföljande gener. Exempel på sådana gener är Antennapedia- och bithorax- generna i Drosophila.

Mångfald

Homeobox-gener hittades först i Drosophila, och har sedan dess hittats i många andra arter, från insekter till reptiler och däggdjur, samt svampar, jästsvampar och växter. Hos växter är gengruppen knottex homeobox (knox) väl studerad, som liksom generna som innehåller homeobox hos djur är transkriptionsfaktorer som reglerar utvecklingen.

I växter

Väl studerade homeotiska växtgener MADs gener är inte homologa med Hox-gener hos djur. De innehåller ingen homeobox, men innehåller en annan, icke-homolog sekvens på 168-180 baspar - MADS-box . Precis som homeobox kodar MADS-box för motsvarande proteindomän som är ansvarig för DNA-bindning. Växter och däggdjur har inte samma homeotiska gener, vilket verkar tyda på att homeotiska gener uppstod oberoende i de tidiga stadierna av växt- och djurevolution.

Hos människor

Mänskliga gener som innehåller homeobox är indelade i fyra kluster placerade på olika kromosomer:

namn Kromosom Gener
HOXA (ibland 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

Det finns också en familj av gener som innehåller en parad homeobox ( PAX ).

Mutationer

Mutationer i gener som innehåller homeobox kan ha signifikanta synliga fenotypiska manifestationer.

Två exempel på mutationer som påverkar homeobox-gener i Drosophila är uppkomsten av lemmar istället för antenner ( antennapedia ) och uppkomsten av ett andra par vingar.

Duplikationer av gener som innehåller en homeobox kan orsaka bildandet av nya kroppssegment, så sådana dupliceringar är viktiga i utvecklingen av segmenterade djur.

Förordning

Regleringen av Hox-gener är mycket komplex och inkluderar ömsesidiga interaktioner, främst hämmande sådana. I Drosophila är två grupper av gener kända, proteinerna från grupperna Polycomb och Trithorax . De komplex som upprätthåller uttrycket av Hox-generna fungerar under larvutvecklingen efter nedreglering av par-regel- och gap-generna. Proteiner från Polycomb-gruppen kan undertrycka HOX-gener genom att ändra strukturen hos kromatin [4] .

Mellan Hox- generna finns DNA-sträckor som tidigare ansågs meningslösa. Korta molekyler av regulatoriskt RNA läses från dem. Vissa av dem ökar eller minskar uttrycket av själva Hox-generna , vissa påverkar indirekt arbetet med andra transkriptionsfaktorer. Experiment har visat att dessa miRNA kan reglera både närliggande och avlägsna Hox- gener [5] .

Anteckningar

  1. ↑ McGinnis W; Levine MS, Hafen E., Kuroiwa A., Gehring WJ En konserverad DNA-sekvens i homoeotiska gener från Drosophila Antennapedia och Bithorax komplexkomplex //   Nature . - 1984. - Vol. 308 , nr. 5958 . - s. 428-433 . - doi : 10.1038/308428a0 . — PMID 6323992 .
  2. ↑ Scott MP; Weiner AJ Strukturella relationer mellan gener som styr utveckling: sekvenshomologi mellan Antennapedia,  Ultrabithorax och fushi tarazu loci av Drosophila  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1984. - Vol. 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: Bevis från havsanemonen, Nematostella vectensis  // PLOS One  . - 2007. - Januari ( vol. 2 , nr 1 ). — P.e153 . - doi : 10.1371/journal.pone.0000153 .
  4. ↑ Portoso M och Cavalli G. Rollen av RNAi och icke-kodande RNA i polycomb-medierad kontroll av genuttryck och genomisk programmering // RNA och regleringen av genuttryck: ett doldt lager av  komplexitet . – Caister Academic Press, 2008.
  5. ↑ Nytt inom vetenskapen om de berömda Hox-generna, utvecklingsregulatorer • Elena Naimark • Vetenskapsnyheter om element • Genetik . elementy.ru Hämtad 5 april 2019. Arkiverad från originalet 8 januari 2019.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk