Homeobox

Homeobox je sekvence  DNA nalezená v genech podílejících se na regulaci vývoje u zvířat, hub a rostlin. Tyto geny kódují transkripční faktory , které mají tendenci přepínat kaskády jiných genů. Homeobox je přibližně 180 bp dlouhý a kóduje 60 aminokyselin dlouhou proteinovou doménu ( homeodoménu ), která může vázat DNA.

Geny, které obsahují homeobox, tvoří samostatnou rodinu. Nejlépe prostudované a nejkonzervovanější z nich jsou geny Hox , které řídí segmentaci během vývoje.

Geny obsahující Homeobox byly nezávisle objeveny v roce 1983 skupinou Waltera Heringa na univerzitě v Basileji ve Švýcarsku a Matthew Scottem a Amy Weinerovou, kteří pracovali s Thomasem Kofmanem na Indiana University , Bloomington [1] [2] .

Homeodoména

Homeodoména obsahuje strukturu helix-turn-helix ,  ve které jsou tři α-helixy spojeny krátkými nešroubovicovými sekcemi. Dvě kratší α-helixy, umístěné blíže k N-konci, jsou antiparalelní a třetí α-šroubovice, delší a blíže k C-konci, je přibližně kolmá k osám prvních dvou; váže se přímo na DNA.

Homeodoména se specifickým způsobem váže na DNA. Specifičnost jedné homeodomény však obvykle nestačí k rozpoznání cílového genu. Proteiny obsahující homeodoménu typicky působí v promotorové oblasti cílových genů ve spojení s jinými transkripčními faktory , často také s proteiny obsahujícími homeodoménu. Takové komplexy mají typicky mnohem vyšší specificitu než protein s jedinou homeodoménou.

Hox geny

Molekulární důkazy navrhnou, že dokonce Cnidaria má množství Hox genů ; je možné, že byli přítomni již u společných předků cnidarianů a skutečných bilaterálních zvířat . Tyto geny se tedy objevily již před začátkem paleozoika [3] .

Hox geny jsou naprosto nezbytné pro vývoj metazoa, definují oblasti embryonálního vývoje podél osy anterior-posterior. U obojživelníka Xenopus byl první gen Hox obratlovce izolován Eddy Robetisem a kol. v roce 1984 (viz Carrasco, McGinnis, Gehring a De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984).

U obratlovců se čtyři shluky paralogů částečně liší funkcí, konkrétně HoxA a HoxD určují vývoj podél osy končetin.

Hlavní zájem o tyto geny je způsoben jejich unikátním chováním. Tyto geny jsou obvykle uspořádány do skupin, lineární pořadí genů v rámci shluku odpovídá době nebo místu působení genu ve vývoji. Tento jev se nazývá kolinearita. Změny v genech v klastru vedou k podobným změnám v odpovídajících oblastech působení následujících genů. Příklady takových genů jsou Antennapedia a bithorax geny u Drosophila.

Rozmanitost

Geny homeoboxu byly poprvé nalezeny u Drosophila a od té doby byly nalezeny u mnoha dalších druhů, od hmyzu po plazy a savce, stejně jako u hub, kvasinek a rostlin. U rostlin je dobře prostudována genová skupina knottex homeobox (knox), což jsou stejně jako geny obsahující homeobox u zvířat transkripční faktory regulující vývoj.

V rostlinách

Dobře prostudované homeotické geny rostlin Geny MADs nejsou homologní s geny Hox u zvířat. Neobsahují homeobox, ale obsahují jinou, nehomologní sekvenci 168-180 párů bází - MADS-box . Podobně jako homeobox kóduje MADS-box odpovídající proteinovou doménu odpovědnou za vazbu DNA. Rostliny a savci nemají stejné homeotické geny, což zřejmě naznačuje, že homeotické geny vznikly nezávisle v raných fázích evoluce rostlin a zvířat.

U lidí

Lidské geny obsahující homeobox jsou rozděleny do čtyř shluků umístěných na různých chromozomech:

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

Existuje také rodina genů obsahující párový homeobox ( PAX ).

Mutace

Mutace v genech obsahujících homeobox mohou mít výrazné viditelné fenotypové projevy.

Dva příklady mutací ovlivňujících geny homeoboxu u Drosophila jsou vzhled končetin místo tykadel ( anténapedie ) a vzhled druhého páru křídel.

Duplikace genů obsahujících homeobox mohou způsobit tvorbu nových segmentů těla, proto jsou takové duplikace důležité v evoluci segmentovaných zvířat.

Nařízení

Regulace Hox genů je velmi složitá a zahrnuje reciproční interakce, především inhibiční. U Drosophila jsou známy dvě skupiny genů, proteiny skupin Polycomb a Trithorax . Komplexy, které udržují expresi genů Hox, fungují během vývoje larev po downregulaci genů pro párové pravidlo a mezeru. Proteiny skupiny Polycomb mohou potlačit HOX geny změnou struktury chromatinu [4] .

Mezi geny Hox jsou úseky DNA, které byly dříve považovány za nesmyslné. Čtou se z nich krátké molekuly regulační RNA. Některé z nich zvyšují nebo snižují expresi samotných Hox genů , některé nepřímo ovlivňují práci jiných transkripčních faktorů. Experimenty ukázaly, že tyto miRNA mohou regulovat sousední i vzdálené Hox geny [5] .

Poznámky

  1. ↑ McGinnis W; Levine MS, Hafen E., Kuroiwa A., Gehring WJ Konzervovaná sekvence DNA v homoeotických genech komplexů  Drosophila Antennapedia a Bithorax  // Nature . - 1984. - Sv. 308 , č.p. 5958 . - str. 428-433 . - doi : 10.1038/308428a0 . — PMID 6323992 .
  2. ↑ Scott MP; Weiner AJ Strukturální vztahy mezi geny, které řídí vývoj: sekvenční homologie mezi loci Antennapedia,  Ultrabithorax a fushi tarazu Drosophila  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1984. - Sv. 81 , č. 13 . - str. 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. Předbilateriánské počátky seskupení Hoxů a Hoxův kód: Evidence from the Sea Anemone, Nematostella vectensis  // PLOS One  . - 2007. - Leden ( vol. 2 , č. 1 ). — P.e153 . - doi : 10.1371/journal.pone.0000153 .
  4. ↑ Portoso M a Cavalli G. Role RNAi a nekódujících RNA v Polycomb zprostředkované kontrole genové exprese a genomovém programování // RNA a regulace genové exprese: Skrytá vrstva  složitosti . – Caister Academic Press, 2008.
  5. ↑ Novinky ve vědě o slavných Hox genech, vývojových regulátorech • Elena Naimark • Vědecké novinky o prvcích • Genetika . elementy.ru Staženo 5. dubna 2019. Archivováno z originálu 8. ledna 2019.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie