גנים Hox גילוי, מאפיינים ואבולוציה

ה גנים Hox הם משפחה גנים גדולה שאחראים לוויסות הפיתוח של מבני הגוף. הם נמצאו בכל metazoans ובשאר השושלות, כגון צמחים ובעלי חיים. לכן, הם מאופיינים בכך ששומרים על עצמם מבחינה אבולוציונית.

גנים אלה פועלים באופן הבא: הם קוד עבור גורם שעתוק - חלבון מסוגל אינטראקציה עם DNA - זה בא לידי ביטוי באזור מסוים של הפרט מן השלבים הראשונים של הפיתוח. זה רצף DNA מחייב נקרא homeobox.

עם כמעט 30 שנים של מחקר בתחום זה, מדענים חוקרים השושלות השונות הגיעו למסקנה כי דפוסי הביטוי של גנים אלה קשורים מאוד עם המחוזות של צירים הגוף..

עדות זו מעידה על כך שהגנים Hox הם מילאו תפקיד חיוני באבולוציה של תוכניות הגוף של יצורים חיים, במיוחד בבילאטריה. לפיכך, הגנים Hox אפשרו להסביר את המגוון המפואר של צורות בעלי חיים, מנקודת מבט מולקולרית.

אצלנו, בני האדם, יש 39 גנים Hox. אלה מקובצים לארבעה אשכול או קבוצות, הממוקם בכרומוזומים שונים: 7p15, 17q21.2, 12q13 ו 2q31.

אינדקס

• 1 גילוי
• מה הם גנים Hox?
  • 2.1 טרמינולוגיה
• 3 מאפיינים
• 4 אבולוציה של גנים Hox
  • 4.1 מקורם של חוליות
• 5 הפניות

גילוי

גילוי הגנים Hox זה היה ציון דרך בביולוגיה אבולוציונית התפתחותית. גנים אלה התגלו בין שנות ה -70 וה -80 הודות לתצפית על שתי מוטציות מרכזיות בזבוב הפירות, תסיסנית מלנוגאסטאר.

אחת המוטציות, אנטי, הופך את האנטנות לרגליים, בעוד המוטציה bithorax גורם לשינוי של הלטרי (מבנים משוננים, אופייניים לחרקים עם כנפיים) בצמד אחר של כנפיים.

כפי שניתן לראות, כאשר הגנים Hox יש להם מוטציות, התוצאה של זה היא דרמטית למדי. וכן, כמו ב תסיסנית, השינוי מוביל להיווצרות מבנים במקומות הלא נכונים.

לפני גילוי הגנים Hox, רוב הביולוגים חשבו שהמגוון המורפולוגי נתמך במגוון של דנ"א. זה היה הגיוני להניח כי ההבדלים הברורים בין לווייתן לבין יונק הדבש, למשל, צריך לבוא לידי ביטוי במונחים גנטיים..

עם הגעתם של הגנים Hox, מחשבה זו עברה תפנית שלמה, ופינתה מקום לפרדיגמה חדשה בביולוגיה: מסלול משותף של התפתחות גנטית המאחד את האונטוגניות של המטאזואנים.

מה הם גנים Hox?

לפני הגדרת מושג הגנים Hox, חיוני לדעת מהו הגן ואיך הוא פועל. הגנים הם רצפי דנ"א שהמסר שלהם בא לידי ביטוי בפנוטיפ.

המסר של הדנ"א כתוב בנוקליאוטידים, ובמקרים מסוימים אלה מועברים לרנ"א של שליח וזה מתורגם על ידי הריבוזומים לתוך רצף של חומצות אמינו - "אבני הבניין" של החלבונים.

הגנים Hox הם המעמד הידוע ביותר של גנים הומיאוטריים, שתפקידם לשלוט בדפוסים ספציפיים של מבני גוף. אלה אחראים לשליטה על הזהות של המגזרים לאורך הציר האנטרו-אחורי של החיות.

הם שייכים למשפחת גנים אחת הקובעת חלבון בעל רצף חומצות אמינו המסוגל לתקשר עם מולקולת הדנ"א.

זה המקום שבו המונח homeobox בא לתאר את הקטע הזה בגן, ואילו בחלבון זה נקרא homeodomain. רצף homeobox יש רצף של זוגות זוג 180 תחומים אלה הם מבחינה אבולוציונית שמר מאוד בין Phyla שונים.

הודות לאינטראקציה עם דנ"א, הגנים Hox מסוגלים לווסת את תעתיק גנים אחרים.

טרמינולוגיה

הגנים המעורבים אמרו כי פונקציות מורפולוגיות נקראות לוקוסים הומיאוטיות בממלכת החיות, החשובים ביותר ידועים בשם loci HOM (בחסרי חוליות) ולמקומות Hox (בחוליות). עם זאת, הם ידועים בדרך כלל לוקוסים Hox.

תכונות

הגנים Hox יש להם סדרה של מאפיינים מאוד מעניינים ומעניינים. היבטים מרכזיים אלה מסייעים להבין את תפקודו ואת תפקידו הפוטנציאלי בביולוגיה אבולוציונית.

גנים אלה מאורגנים ב"מתחם גנים ", כלומר שהם ממוקמים קרוב לכרומוזומים - מבחינת מיקומם המרחבי.

המאפיין השני הוא המתאם המפתיע שקיים בין סדר הגנים ברצף ה- DNA לבין המיקום האנטרו-אחורי של תוצרי הגנים האלה בעובר. פשוטו כמשמעו, הגנים הנמצאים "קדימה" נמצאים במצב זה.

באותו אופן, בנוסף קוליניריות מרחבית, יש מתאם זמני. הגנים הנמצאים בקצה 3 'מופיעים קודם לכן בהתפתחות הפרט, בהשוואה לאלו שנמצאו בהמשך.

הגנים Hox שייכים לכיתה הנקראת ANTP, הכוללת גם גנים עבור הוקס (הקשורים אלה), גנים NK ואחרים.

אבולוציה של גנים Hox

לא היו גנים של הכיתה ANTP של Metazoans. באבולוציה האבולוציונית של קבוצת החייתיות הזאת, הפוריפרה היו הקבוצה הראשונה שנפרדה, ואחריה הקנידריאנים. שתי השושלות הללו מייצגות את שתי קבוצות הבסיס של bilaterados.

ניתוח גנטי שבוצע על הספוג המפורסם אמפימדון קווינסלנד - התהילה שלה נובעת מגנים של מערכת העצבים - גילה כי זה porifere יש כמה גנים של סוג NK, אבל אין גן Hox o עבור הוקס.

ב cnidarians לא גנים לא דווחו Hox ככאלה, כי הם תואמים את המאפיינים הנ"ל. עם זאת, ישנם גנים דמוי הוקס.

מאידך גיסא, חסרי החוליות מחזיקים בגוש אחד של גנים Hox, בעוד חוליות יש עותקים מרובים. עובדה זו היתה מכרעת, והיא עוררה השראה לפיתוח תיאוריות על התפתחותה של הקבוצה.

מקורם של חוליות

ההשקפה הקלאסית של היבט זה טוענת כי ארבעת אשכולות הגנים בגנום האנושי מקורם בשני סיבובים של שכפול של הגנום כולו. עם זאת, פיתוח של טכנולוגיות רצף חדש יש להטיל ספק על התיאוריה.

העדויות החדשות תומכות בהיפותזה הקשורה לאירועים בקנה מידה קטן (שכפול של מקטעים, שכפול אישי של גנים ותרגומים), אשר השיגו את מספר הגנים הגבוה Hox כי היום אנו צופים בקבוצה זו.

הפניות

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., ... & Boncinelli, E. (1989). האדם HOX גן המשפחה. מחקר חומצות גרעין, 17(24), 10385-10402.
2. פרנר, ד '(2011). Hox ו עבור הוקס גנים באבולוציה, התפתחות וגנומיקה. גנומיקה, פרוטאומיקה וביואינפורמטיקה, 9(3), 63-4.
3. Hrycaj, S. M., & Wellik, D. M. (2016). Hox גנים ואבולוציה. F1000 חיפוש, 5, F1000 Faculty Rev-859.
4. Lappin, T. R., Grier, D.G, Thompson, A., & Halliday, H.L (2006). גנים HOX: מדע מפתה, מנגנוני מסתורי. היומן הרפואי של אולסטר, 75(1), 23-31.
5. Pearson, J. C., Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). מודולציה Hox פונקציות הגן במהלך דפוסי גוף בעלי חיים. טבע ביקורות גנטיקה, 6(12), 893.