ГЕКСИ ХОКСА: ВІДКРИТТЯ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЕВОЛЮЦІЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці гени Нох представляють собою велике сімейство генів , які відповідають за регулювання розвитку структур тіла. Вони були виявлені у всіх метазоях та інших родовищах, таких як рослини та тварини. Тому вони характеризуються тим, що еволюційно дуже збережені.

Ці гени працюють таким чином: вони кодують фактор транскрипції - білок, здатний взаємодіяти з ДНК - який експресується в певній області людини з найраніших стадій розвитку. Ця послідовність зв'язування ДНК називається гомеобокс.

Джерело: Антоніо Кесада Діас, через Wikimedia Commons

Майже 30 років досліджень у цій галузі вчені вивчали різні лінії та дійшли висновку, що структури експресії цих генів сильно пов'язані з регіоналізацією осей тіла.

Ці дані свідчать про те, що гени Хокса відіграли неодмінну роль у еволюції тілесних планів живих істот, особливо у Білатерії. Таким чином, гени Hox дали можливість пояснити чудове різноманіття форм тварин з молекулярної точки зору.

У нас, людей, існує 39 генів Hox. Вони згруповані в чотири кластери або групи, розташовані на різних хромосомах: 7p15, 17q21.2, 12q13 і 2q31.

Відкриття

Відкриття генів Хокса стало віхою в еволюційній та розвитку біології. Ці гени були виявлені між 70-х та 80-х роками завдяки спостереженню двох ключових мутацій у плодовому муху Drosophila melanogaster.

Одна з мутацій, антенапедія, перетворює антен на ноги, в той час як мутація бітораксу спричиняє перетворення халтерів (модифікованих структур, характерних для крилатих комах) в іншу пару крил.

Як видно, коли в генах Hox є мутації, результат цього досить драматичний. І, як у дрозофіли, зміна призводить до утворення структур у неправильних місцях.

До відкриття генів Hox більшість біологів вважали, що морфологічне різноманіття підтримується різноманітністю на рівні ДНК. Логічно було припустити, що очевидні відмінності між китом і колібрі, наприклад, повинні були відображатися в генетичному плані.

З появою генів Хокса це мислення прийняло повну чергу, поступившись новою парадигмою в біології: загальним шляхом генетичного розвитку, що об'єднує онтогенез метазоїв.

Що таке гени Hox?

Перш ніж визначити поняття генів Hox, важливо знати, що таке ген і як він працює. Гени - це послідовності ДНК, повідомлення яких виражається у фенотипі.

Повідомлення ДНК написано в нуклеотидах, в деяких випадках вони переходять в месенджерну РНК, і це переводиться рибосомами в послідовність амінокислот - структурних "будівельних блоків" білків.

Гени Хокса - це найвідоміший клас гомеотичних генів, функція яких полягає у контролі конкретних моделей структур тіла. Вони відповідають за контроль ідентичності сегментів уздовж передньозадньої осі тварин.

Вони належать до єдиного сімейства генів, кодує білок, який має специфічну послідовність амінокислот, здатну взаємодіяти з молекулою ДНК.

Звідси походить термін homeobox для опису цього розділу в гені, тоді як у білку він називається гомеодоменом. Послідовність homeobox має послідовність із 180 пар основ, і ці домени еволюційно високо зберігаються серед різних Phyla.

Завдяки цій взаємодії з ДНК гени Hox здатні регулювати транскрипцію інших генів.

Термінологія

Гени, що беруть участь у цих морфологічних функціях, називаються гомеотичними локусами. У тваринному царстві найважливіші з них відомі як локуси HOM (у безхребетних) та локуси Hox (у хребетних). Однак вони, як правило, відомі як локуси Hox.

характеристики

Гени Hox мають ряд дуже своєрідних та цікавих характеристик. Ці ключові аспекти допомагають зрозуміти його функціонування та його потенційну роль в еволюційній біології.

Ці гени організовані в "генні комплекси", це означає, що вони розташовані близько на хромосомах - за своїм просторовим розташуванням.

Друга особливість - дивовижна кореляція, що існує між порядком генів у послідовності ДНК та переднезадним розташуванням продуктів цих генів у ембріона. Буквально гени, які йдуть «вперед», знаходяться в такому положенні.

Так само, крім просторової колінеарності, існує часова кореляція. Гени, розташовані на кінці 3, трапляються раніше в процесі розвитку особистості, порівняно з тими, які були знайдені далі.

Гени Hox належать до класу під назвою ANTP, до якого також входять гени ParaHox (пов'язані з ними), гени NK та інші.

Еволюція генів

Жодні гени класу ANTP не були від метазоїв. В еволюційному розвитку цієї групи тварин первісти відокремилися першими, за ними йшли кладники. Ці дві лінії представляють дві основні групи двосторонніх.

Генетичний аналіз, виконаний на знаменитій губці Amphimedon queenslandica - її слава обумовлена ​​генами нервової системи - виявив, що цей породий має кілька генів типу NK, але немає генів Hox або ParaHox.

У хнідарів, які відповідають вищезазначеним характеристикам, генів Hox як таких не повідомлялося. Однак існують гекси, подібні до Хокса.

З іншого боку, безхребетні мають один кластер генів Hox, тоді як хребетні мають кілька копій. Цей факт був вирішальним і надихнув на розвиток теорій еволюції групи.

Походження хребетних

Класичний погляд на цей аспект стверджує, що чотири генетичні скупчення в геномі людини виникли завдяки двом раундам реплікації всього геному. Однак розробка нових технологій послідовності поставила під сумнів теорію.

Нові докази сприяють гіпотезі, що стосується дрібномасштабних подій (дублювання сегментів, індивідуальне дублювання генів та транслокацій), що досягло великої кількості генів Hox, які ми спостерігаємо сьогодні в цій групі.

Список літератури

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F.,… & Boncinelli, E. (1989). Людина сімейства генів HOX. Дослідження нуклеїнових кислот, 17 (24), 10385-10402.
2. Фернер, DE (2011). Гени Hox і ParaHox в еволюції, розвитку та геноміці. Геноміка, протеоміка та біоінформатика, 9 (3), 63-4.
3. Hrycaj, SM, & Wellik, DM (2016). Хокс-гени та еволюція. F1000Research, 5, F1000 Факультет Rev-859.
4. Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A., & Halliday, HL (2006). Гени HOX: спокуслива наука, загадкові механізми. Медичний журнал Ольстера, 75 (1), 23-31.
5. Pearson, JC, Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). Модулювання функцій гена Hox під час малювання тіла тварин. Генетика природи, 6 (12), 893.