Hox-ген
-
Hox-гены и их функции
- Hox-гены определяют участки тела эмбриона вдоль оси голова-хвост.
- Hox-белки кодируют и определяют характеристики «положения».
- У насекомых Hox-гены определяют придатки на сегменте, у позвоночных — типы и форму позвонков.
- Hox-гены придают сегментарную идентичность, но не образуют сегментов.
-
Экспрессия Hox-генов
- У реснитчатых личинок Hox-гены экспрессируются только в будущих тканях взрослых особей.
- У личинок с постепенным метаморфозом Hox-гены активируются в тканях тела личинки.
- У личинок с полной метаморфозой Hox-гены экспрессируются в зачатках ювенильных особей.
- Личинки хордовых Schizocardium californicum и личинка немертеи pilidium не экспрессируют Hox-гены.
-
Роль Hox-генов в развитии
- Hox-гены определяют порядок экспрессии генов вдоль переднезадней оси.
- Мутации в Hox-генах могут привести к неправильному расположению частей тела.
- Hox-белки являются факторами транскрипции, связываются с ДНК и активируют или подавляют другие гены.
-
Эволюция Hox-генов
- Hox-гены возникли в ходе эволюции в царстве животных.
- У билатерий Hox-гены часто расположены в генных кластерах.
- У большинства билатеральных животных гены Hox экспрессируются в шахматном порядке вдоль оси эмбриона.
-
Hox-гены у дрозофилы
- У дрозофилы восемь Hox-генов, объединенных в два комплекса.
- Антеннопедийный комплекс включает гены lab, pb, Dfd, Scr и Antp.
- Комплекс Bithorax включает гены Ubx, abd-A и abd-B.
-
Функции Hox-генов у дрозофилы
- lab определяет инволюцию головы, pb формирует губные и верхнечелюстные щупики.
- Dfd формирует верхнечелюстной и нижнечелюстной сегменты.
- Scr отвечает за развитие головного и грудного отделов.
- Antp определяет идентичность ног и крыльев во втором грудном сегменте.
- Ubx моделирует третий грудной сегмент, подавляя гены крыльев.
- abd-A определяет идентичность брюшных сегментов, подавляет формирование конечностей.
- abd-B подавляет эмбриональные вентральные эпидермальные структуры и участвует в развитии хвостового сегмента.
-
Классификация Hox-белков
- Используются три схемы классификации: филогенетическая, синтеническая и на основе сходства последовательностей.
- Комбинированный подход позволяет определить предковые формы и новые производные версии белков.
-
Регулируемые гены
- Hox-гены регулируют гены-реализаторы, формирующие ткани и органы.
- Гены-мишени способствуют делению клеток, клеточной адгезии, апоптозу и миграции клеток.
-
Энхансерные последовательности
- Последовательность ДНК, связанная с гомеодоменом, содержит нуклеотидную последовательность TAAT.
- Пары оснований после TAAT различаются у разных гомеодоменных белков.
-
Регуляция Hox-генов
- Hox-гены регулируются gap-генами и генами парного управления.
- Регуляция достигается с помощью градиентов концентрации белка и микроРНК.
-
Коллинеарность и номенклатура
- У некоторых организмов Hox-гены расположены в хромосоме близко друг к другу.
- Гены Hox названы в честь гомеотических фенотипов.
-
Эволюция Hox-генов у позвоночных
- У мышей и людей 39 Hox-генов в четырех кластерах.
- У рыб количество кластеров варьируется от 5 до 13.
- HOX-гены контролируют развитие ключевых структур, таких как сомиты и скелетные мышцы.
-
HOX-гены у позвоночных
- У позвоночных есть HOX-гены, гомологичные генам мух.
- Расположение HOX-генов у позвоночных отличается от беспозвоночных.
- У мышей больше HOX-генов на 5′-й стороне сегмента.
-
Эволюционная значимость HOX-генов
- У мух один ген может вызвать трансформацию, у мышей требуется удаление нескольких генов.
- Избыточность HOX-кластеров у позвоночных снижает их эволюционируемость.
- Беспозвоночные пережили более драматические эпизоды адаптивной радиации.
-
Примеры мутаций у позвоночных
- Ген HOX10 у мышей отключает систему «построения ребер».
- У змей гены HOX10 утратили способность блокировать ребра.
-
HOX-гены у беспозвоночных
- Амфиоксы имеют единственный Hox-кластер из 15 генов.
- У Caenorhabditis elegans шесть Hox-генов.
- У Hydra и Nematostella vectensis есть Hox/ParaHox-подобные гены.
-
История изучения HOX-генов
- Гомеотические трансформации были выявлены Уильямом Бейтсоном в 1894 году.
- Первый гомеозисный мутант был обнаружен Кэлвином Бриджесом в 1915 году.
- Эд Льюис, Кристиана Нюсляйн-Фольхард и Эрик Ф. Вишаус идентифицировали 15 генов у D. melanogaster в 1980 году.
-
Современные исследования
- Hox-гены играют важную роль в развитии конечностей, легких, нервной системы и глаз.
- Эволюционное сохранение HOX-генов предоставляет возможности для изучения их роли в болезнях человека.