Homeobox

Homeobox on DNA - sekvenssi ,  joka löytyy geeneistä , jotka säätelevät eläinten, sienten ja kasvien kehitystä . Nämä geenit koodaavat transkriptiotekijöitä, joilla on taipumus vaihtaa muiden geenien sarjaa. Homeoboksi on noin 180 bp pitkä ja se koodaa 60 aminohapon pituista proteiinidomeenia ( homeodomeenia ), joka voi sitoa DNA:ta.

Homeoboxin sisältävät geenit muodostavat erillisen perheen. Näistä parhaiten tutkitut ja säilyneimmät ovat Hox-geenit , jotka ohjaavat segmentoitumista kehityksen aikana.

Homeoboxia sisältävät geenit löysivät itsenäisesti vuonna 1983 Walter Heringin ryhmä Baselin yliopistosta Sveitsistä sekä Matthew Scott ja Amy Weiner, jotka työskentelivät Thomas Kofmanin kanssa Indianan yliopistossa Bloomingtonissa [1] [2] .

Homeomain

Homeodomain sisältää helix-turn-helix-rakenteen ,  jossa kolme α-heliksiä on yhdistetty lyhyillä ei-kierteisillä osilla. Kaksi lyhyempää a-heliksiä, jotka sijaitsevat lähempänä N-päätä, ovat vastakkaisia, ja kolmas a-heliksi, pidempi ja lähempänä C-päätä, on suunnilleen kohtisuorassa kahden ensimmäisen akseleita vastaan; se sitoutuu suoraan DNA:han.

Homeodomeeni sitoutuu DNA:han tietyllä tavalla. Yhden homeodomeenin spesifisyys ei kuitenkaan yleensä riitä kohdegeenin tunnistamiseen. Tyypillisesti homeodomeenia sisältävät proteiinit toimivat kohdegeenien promoottorialueella muiden transkriptiotekijöiden , usein myös homeodomeenia sisältävien proteiinien, yhteydessä. Tällaisilla komplekseilla on tyypillisesti paljon suurempi spesifisyys kuin proteiinilla, jolla on yksi homeodomeeni.

Hox-geenit

Molekyyliset todisteet viittaavat siihen, että jopa Cnidarialla on useita Hox-geenejä ; on mahdollista, että niitä esiintyi jo cnidarianien ja todellisten kahdenvälisten eläinten yhteisissä esi-isissä . Siten nämä geenit ilmestyivät ennen paleotsoic -ajan alkua [3] .

Hox-geenit ovat ehdottoman välttämättömiä metazoan kehitykselle, ne määrittelevät alkion kehitysalueet anterior-posterior-akselilla. Sammakkoeläinten Xenopuksessa ensimmäisen selkärankaisen Hox-geenin eristivät Eddy Robetis et ai. vuonna 1984 (katso Carrasco, McGinnis, Gehring ja De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984).

Selkärankaisilla neljä paralogien ryhmää eroavat osittain toiminnaltaan, erityisesti HoxA ja HoxD määrittävät kehityksen raajan akselia pitkin.

Suurin kiinnostus näitä geenejä kohtaan johtuu niiden ainutlaatuisesta käyttäytymisestä. Nämä geenit on yleensä järjestetty ryhmiin, geenien lineaarinen järjestys klusterin sisällä vastaa geenin kehitystyön aikaa tai paikkaa. Tätä ilmiötä kutsutaan kollineaarisuudeksi. Muutokset klusterin geeneissä johtavat vastaaviin muutoksiin seuraavien geenien vastaavilla toiminta-alueilla. Esimerkkejä tällaisista geeneistä ovat Antennapedia- ja bithorax- geenit Drosophilassa.

Monimuotoisuus

Homeobox-geenit löydettiin ensin Drosophilasta, ja sen jälkeen niitä on löydetty monista muista lajeista hyönteisistä matelijoihin ja nisäkkäisiin sekä sienistä, hiivoista ja kasveista. Kasveissa on hyvin tutkittu knotex homeobox (knox) -geeniryhmä, joka, kuten eläimissä homeoboksia sisältävät geenit, ovat kehitystä sääteleviä transkriptiotekijöitä .

Kasveissa

Hyvin tutkitut kasvien homeoottiset geenit MAD-geenit eivät ole homologisia Hox-geenien kanssa eläimissä. Ne eivät sisällä homeoboxia, vaan sisältävät toisen, ei-homologisen 168-180 emäsparin sekvenssin - MADS-box . Kuten homeobox, MADS-box koodaa vastaavaa proteiinidomeenia, joka vastaa DNA:n sitoutumisesta. Kasveilla ja nisäkkäillä ei ole samoja homeoottisia geenejä, mikä näyttää viittaavan siihen, että homeoottiset geenit syntyivät itsenäisesti kasvien ja eläinten evoluution alkuvaiheissa.

Ihmisissä

Homeoboxia sisältävät ihmisen geenit on jaettu neljään klusteriin, jotka sijaitsevat eri kromosomeissa:

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

On myös geeniperhe, joka sisältää parillisen homeoboxin ( PAX ).

Mutaatiot

Homeoboxia sisältävien geenien mutaatioilla voi olla merkittäviä näkyviä fenotyyppisiä ilmentymiä.

Kaksi esimerkkiä mutaatioista, jotka vaikuttavat homeobox-geeneihin Drosophilassa, ovat raajojen ilmestyminen antennien sijasta ( antennapedia ) ja toisen siipiparin ilmestyminen.

Homeoboxin sisältävien geenien päällekkäisyydet voivat aiheuttaa uusien kehosegmenttien muodostumista, joten sellaiset päällekkäisyydet ovat tärkeitä segmentoituneiden eläinten evoluutiossa.

Asetus

Hox-geenien säätely on hyvin monimutkaista ja sisältää vastavuoroisia vuorovaikutuksia, pääasiassa estäviä. Drosophilassa tunnetaan kaksi geeniryhmää, Polycomb- ja Trithorax- ryhmien proteiinit . Kompleksit, jotka ylläpitävät Hox-geenien ilmentymistä, toimivat toukkien kehityksen aikana parisääntö- ja aukkogeenien vaimenemisen jälkeen. Polycomb-ryhmän proteiinit voivat suppressoida HOX-geenejä muuttamalla kromatiinin rakennetta [4] .

Hox -geenien välissä on DNA-osuuksia, joita pidettiin aiemmin merkityksettöminä. Niistä luetaan säätely-RNA:n lyhyitä molekyylejä. Jotkut niistä lisäävät tai vähentävät itse Hox-geenien ilmentymistä , jotkut vaikuttavat epäsuorasti muiden transkriptiotekijöiden toimintaan. Kokeet ovat osoittaneet, että nämä miRNA:t voivat säädellä sekä viereisiä että kaukaisia ​​Hox- geenejä [5] .

Muistiinpanot

  1. ↑ McGinnis W; Levine MS, Hafen E., Kuroiwa A., Gehring WJ Konservoitunut DNA-sekvenssi Drosophila Antennapedia- ja Bithorax-kompleksikompleksien homoeoottisissa  geeneissä  // Nature . - 1984. - Voi. 308 , no. 5958 . - s. 428-433 . - doi : 10.1038/308428a0 . — PMID 6323992 .
  2. ↑ Scott kansanedustaja; Weiner AJ Kehitystä säätelevien geenien rakenteelliset suhteet: sekvenssihomologia Drosophilan Antennapedia-,  Ultrabithorax- ja fushi tarazu -lokusten välillä  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 1984. - Voi. 81 , no. 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. Hox-klusterin ja Hox-koodin esi-bilaterian alkuperä: todisteita merivuokosta, Nematostella vectensis  // PLOS One  . - 2007. - tammikuu ( osa 2 , nro 1 ). — P.e153 . - doi : 10.1371/journal.pone.0000153 .
  4. ↑ Portoso M ja Cavalli G. RNAi:n ja koodaamattomien RNA:iden rooli polycomb-välitteisessä geeniekspression ja genomisen ohjelmoinnin ohjauksessa // RNA ja  geenien ilmentymisen säätely: monimutkaisuuden piilokerros . – Caister Academic Press, 2008.
  5. ↑ Uutta tieteessä kuuluisista Hox-geeneistä, kehityksen säätelijöistä • Elena Naimark • Tiedeuutisia elementeistä • Genetiikka . elementy.ru Haettu 5. huhtikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 8. tammikuuta 2019.

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat