Гомеотический ген
Гомеозисные гены — это гены, которые регулируют развитие анатомических структур у различных организмов, таких как иглокожие, [ 1 ] насекомые, млекопитающие и растения. Гомеозисные гены часто кодируют белки факторов транскрипции , и эти белки влияют на развитие, регулируя нижестоящие генные сети, участвующие в формировании паттерна тела. [ 2 ]
Мутации в гомеозисных генах вызывают смещение частей тела ( гомеозис ), например, усики растут в задней части мухи, а не в голове. [ 3 ] Мутации, приводящие к развитию эктопических структур, обычно летальны. [ 4 ]
Типы
[ редактировать ]Существует несколько подмножеств гомеозисных генов. Они включают в себя множество генов Hox и ParaHox , которые важны для сегментации . [ 5 ] Hox-гены обнаружены у двусторонних животных, включая дрозофилу (у которой они были впервые обнаружены) и человека. Hox-гены представляют собой подмножество гомеобоксных генов. Гены Hox часто консервативны у разных видов, поэтому некоторые гены Hox дрозофилы гомологичны генам человека. В общем, Hox-гены играют роль в регуляции экспрессии генов, а также способствуют развитию и назначению специфических структур во время эмбрионального роста. Это может варьироваться от сегментации у дрозофилы до развития центральной нервной системы (ЦНС) у позвоночных. [ 6 ] И Hox, и ParaHox сгруппированы как HOX-подобные (HOXL) гены, подмножество класса ANTP (названного в честь гена дрозофилы , Antennapedia ). [ 7 ]
Они также включают гены, содержащие MADS-бокс , участвующие в модели развития цветка ABC . [ 8 ] Помимо цветочных растений, мотив MADS-box также присутствует у других организмов, таких как насекомые, дрожжи и млекопитающие. Они выполняют различные функции в зависимости от организма, включая развитие цветков, транскрипцию протоонкогенов и регуляцию генов в конкретных клетках (например, мышечных клетках). [ 9 ]
Несмотря на то, что эти термины обычно меняют местами, не все гомеозисные гены являются Hox-генами; гены MADS-бокса являются гомеозисными, но не гены Hox. Таким образом, Hox-гены представляют собой подмножество гомеозисных генов.
Дрозофила меланогастер
[ редактировать ]
Одним из наиболее часто изучаемых модельных организмов в отношении гомеозисных генов является плодовая мушка Drosophila melanogaster . Его гомеотические Hox-гены встречаются либо в комплексе Antennapedia (ANT-C), либо в комплексе Bithorax (BX-C), открытом Эдвардом Б. Льюисом . [ 10 ] Каждый из комплексов ориентирован на разное направление развития. Комплекс антеннопедий состоит из пяти генов, включая хоботные , и участвует в развитии передней части зародыша, формируя сегменты головы и грудной клетки. [ 11 ] Комплекс биторакса состоит из трех основных генов и участвует в развитии задней части эмбриона, а именно брюшка и задних сегментов грудной клетки. [ 12 ]
Во время развития (начиная со стадии бластодермы эмбриона) эти гены постоянно экспрессируются, определяя структуры и роли различных сегментов тела мухи. [ 13 ] Для дрозофилы эти гены можно проанализировать с помощью базы данных Flybase .
Исследовать
[ редактировать ]Было проведено много исследований гомеозисных генов в различных организмах, начиная от базового понимания того, как работают молекулы, и заканчивая мутациями и тем, как гомеозисные гены влияют на организм человека. Изменение уровня экспрессии гомеозисных генов может негативно повлиять на организм. Например, в одном исследовании патогенная фитоплазма вызвала либо значительную активацию, либо подавление гомеозисных генов цветущего растения. Это привело к серьезным фенотипическим изменениям, включая карликовость, дефекты пестиков, гипопигментацию и развитие листовидных структур на большинстве органов цветка. [ 14 ] В другом исследовании было обнаружено, что гомеозисный ген Cdx2 действует как супрессор опухоли . При нормальном уровне экспрессии ген предотвращает онкогенез и колоректальный рак при воздействии канцерогенов ; однако, когда Cdx2 не был хорошо экспрессирован, канцерогены вызывали развитие опухоли. [ 15 ] Эти исследования, как и многие другие, показывают важность гомеозисных генов даже после развития.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Поподи Е и др. (1996). «Хокс-гены морского ежа: взгляд на предковый кластер Hox» . Мол. Биол. Эвол . 13 (8): 1078–1086. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025670 . ПМИД 8865662 .
- ^ Хирт Ф., Хартманн Б., Райхерт Х. (май 1998 г.). «Действие гомеотического гена в эмбриональном развитии мозга дрозофилы ». Разработка . 125 (9): 1579–89. дои : 10.1242/dev.125.9.1579 . ПМИД 9521896 .
- ^ Бурглин Т.Р. (2013). «Гомеотическая мутация». Гомеотические мутации . стр. 510–511. дои : 10.1016/B978-0-12-374984-0.00727-0 . ISBN 978-0-08-096156-9 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Эндрю Дж., Хорнер М.А., Петитт М.Г. и др. (1 марта 1994 г.). «Установление ограничений на функцию гомеотических генов: ограничение секс-гребней снижает активность чайных генов и других гомеозисных генов» . Журнал ЭМБО . 13 (5): 1132–44. дои : 10.1002/j.1460-2075.1994.tb06362.x . ПМЦ 394922 . ПМИД 7907545 .
- ^ Янг Т., Роуланд Дж.Э., ван де Вен С. и др. (октябрь 2009 г.). «Гены Cdx и Hox по-разному регулируют заднеосевой рост эмбрионов млекопитающих» . Дев. Клетка . 17 (4): 516–26. дои : 10.1016/j.devcel.2009.08.010 . ПМИД 19853565 .
- ^ Акин З.Н., Назарали А.Дж. (2005). «Hox-гены и их возможные последующие мишени в развивающейся центральной нервной системе». Клеточная и молекулярная нейробиология . 25 (3–4): 697–741. дои : 10.1007/s10571-005-3971-9 . ПМИД 16075387 . S2CID 9804218 .
- ^ Холланд П.В., Бут Х.А., Бруфорд Э.А. (2007). «Классификация и номенклатура всех гомеобоксных генов человека» . БМК Биология . 5 (1): 47. дои : 10.1186/1741-7007-5-47 . ПМК 2211742 . ПМИД 17963489 .
- ^ Тайссен Г (2001). «Развитие идентичности цветочного органа: истории из дома MADS». Курс. Мнение. Растительная биол . 4 (1): 75–85. Бибкод : 2001COPB....4...75T . дои : 10.1016/S1369-5266(00)00139-4 . ПМИД 11163172 .
- ^ Шор П., Шаррокс А.Д. (1995). «Семейство транскрипционных факторов MADS-box». Европейский журнал биохимии . 229 (1): 1–13. дои : 10.1111/j.1432-1033.1995.0001l.x . ПМИД 7744019 .
- ^ Heuer JG, Kaufman TC (май 1992 г.). «Гомеотические гены играют особую функциональную роль в формировании эмбриональной периферической нервной системы дрозофилы ». Разработка . 115 (1): 35–47. дои : 10.1242/dev.115.1.35 . ПМИД 1353440 .
- ^ Рандаццо FM, Криббс Д.Л., Кауфман Т.С. (сентябрь 1991 г.). «Спасение и регулирование хоботков: гомеотический ген комплекса антеннапедий». Разработка . 113 (1): 257–71. дои : 10.1242/dev.113.1.257 . ПМИД 1684932 .
- ^ Маэда Р.К., Карч Ф. (апрель 2006 г.). «Азбука BX-C: объяснение битораксового комплекса». Разработка . 133 (8): 1413–22. дои : 10.1242/dev.02323 . ПМИД 16556913 .
- ^ Брин Т.Р., Харт П.Дж. (январь 1993 г.). « Триторакс регулирует множество гомеозисных генов в комплексах биторакса и антеннапедии и оказывает на каждый из них различные тканеспецифические, парасегмент-специфические и промотор-специфические эффекты». Разработка . 117 (1): 119–34. дои : 10.1242/dev.117.1.119 . ПМИД 7900984 .
- ^ Химено М., Нерия Ю. и др. (1 июля 2011 г.). «Уникальные морфологические изменения в цветках петунии, инфицированных патогенной фитоплазмой растений, связаны с регуляцией транскрипции цветочных гомеозисных генов органоспецифичным образом» . Заводской журнал . 67 (6): 971–79. дои : 10.1111/j.1365-313X.2011.04650.x . ПМИД 21605209 .
- ^ Боном С., Дулюк I и др. (октябрь 2003 г.). « Гомеобоксный ген Cdx2 выполняет функцию подавления опухолей в дистальном отделе толстой кишки в дополнение к гомеотической роли во время развития кишечника» . Гут . 52 (10): 1465–71. дои : 10.1136/gut.52.10.1465 . ПМЦ 1773830 . ПМИД 12970140 .