Гомеозисный ген

Гомеозисные гены — это гены, которые регулируют развитие анатомических структур в различных организмах, таких как иглокожие, [1] насекомые, млекопитающие и растения. Гомеозисные гены часто кодируют белки факторов транскрипции , и эти белки влияют на развитие, регулируя сети генов, расположенных ниже по течению, участвующие в формировании структуры тела. [2]

Мутации в гомеозисных генах вызывают смещение частей тела ( гомеозис ), например, усики, растущие на задней части мухи, а не на голове. [3] Мутации, которые приводят к развитию эктопических структур, обычно летальны. [4]

Типы

Существует несколько подмножеств гомеозисных генов. Они включают в себя многие из генов Hox и ParaHox , которые важны для сегментации . [5] Гены Hox обнаружены у двусторонних животных, включая Drosophila (у которой они были впервые обнаружены) и людей. Гены Hox являются подмножеством генов гомеобокса . Гены Hox часто сохраняются у разных видов, поэтому некоторые из генов Hox Drosophila гомологичны генам человека. В целом, гены Hox играют роль в регулировании экспрессии генов, а также в содействии развитию и назначению определенных структур во время эмбрионального роста. Это может варьироваться от сегментации у Drosophila до развития центральной нервной системы (ЦНС) у позвоночных. [6] И Hox, и ParaHox сгруппированы как гены HOX-Like (HOXL), подмножество класса ANTP (названного в честь гена Drosophila , Antennapedia ). [7]

Они также включают гены, содержащие MADS-box , которые участвуют в модели ABC развития цветка . [8] Помимо растений, производящих цветы, мотив MADS-box также присутствует в других организмах, таких как насекомые, дрожжи и млекопитающие. Они имеют различные функции в зависимости от организма, включая развитие цветка, транскрипцию протоонкогенов и регуляцию генов в определенных клетках (например, мышечных клетках). [9]

Несмотря на то, что термины часто взаимозаменяемы, не все гомеозисные гены являются Hox-генами; гены MADS-box являются гомеозисными, но не Hox-генами. Таким образом, Hox-гены являются подмножеством гомеозисных генов.

Дрозофила меланогастер

Комплексы гомеозисных селекторных генов у плодовой мушки Drosophila melanogaster

Одним из наиболее часто изучаемых модельных организмов в отношении гомеозисных генов является плодовая мушка Drosophila melanogaster . Ее гомеозисные Hox-гены встречаются либо в комплексе Antennapedia (ANT-C), либо в комплексе Bithorax (BX-C), открытом Эдвардом Б. Льюисом . [10] Каждый из комплексов фокусируется на отдельной области развития. Комплекс antennapedia состоит из пяти генов, включая proboscipedia , и участвует в развитии передней части эмбриона, образуя сегменты головы и груди. [11] Комплекс bithorax состоит из трех основных генов и участвует в развитии задней части эмбриона, а именно брюшка и задних сегментов груди. [12]

В процессе развития (начиная со стадии бластодермы эмбриона) эти гены постоянно экспрессируются, определяя структуры и роли различных сегментов тела мухи. [13] Для Drosophila эти гены можно проанализировать с помощью базы данных Flybase.

Исследовать

Было проведено много исследований гомеотических генов в различных организмах, начиная от базового понимания того, как работают молекулы, до мутаций и того, как гомеотические гены влияют на организм человека. Изменение уровней экспрессии гомеотических генов может негативно повлиять на организм. Например, в одном исследовании патогенная фитоплазма вызвала значительное повышение или понижение гомеотических генов в цветковом растении. Это привело к серьезным фенотипическим изменениям, включая карликовость, дефекты пестиков, гипопигментацию и развитие листоподобных структур на большинстве цветочных органов. [14] В другом исследовании было обнаружено, что гомеотический ген Cdx2 действует как супрессор опухолей . При нормальных уровнях экспрессии ген предотвращает возникновение опухолей и колоректального рака при воздействии канцерогенов ; однако, когда Cdx2 не был хорошо выражен, канцерогены вызывали развитие опухолей. [15] Эти исследования, наряду со многими другими, показывают важность гомеотических генов даже после развития.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Popodi E, et al. (1996). "Hox-гены морских ежей: взгляд на предковый Hox-кластер". Mol. Biol. Evol . 13 (8): 1078– 1086. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025670 . PMID  8865662.
  2. ^ Хирт Ф., Хартманн Б., Райхерт Х. (май 1998 г.). «Действие гомеотических генов в развитии эмбрионального мозга дрозофилы ». Развитие . 125 (9): 1579–89 . doi :10.1242/dev.125.9.1579. PMID  9521896.
  3. ^ Bürglin TR (2013). "Гомеотическая мутация". Гомеотические мутации . стр.  510– 511. doi :10.1016/B978-0-12-374984-0.00727-0. ISBN 978-0-08-096156-9. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  4. ^ Andrew DJ, Horner MA, Petitt MG и др. (1 марта 1994 г.). «Установка ограничений на функцию гомеозисных генов: ограничение активности половых гребней с помощью teashirt и других гомеозисных генов». EMBO Journal . 13 (5): 1132– 44. doi :10.1002/j.1460-2075.1994.tb06362.x. PMC 394922. PMID  7907545 . 
  5. ^ Young T, Rowland JE, van de Ven C и др. (октябрь 2009 г.). «Гены Cdx и Hox дифференциально регулируют задний осевой рост эмбрионов млекопитающих». Dev. Cell . 17 (4): 516–26 . doi : 10.1016/j.devcel.2009.08.010 . PMID  19853565.
  6. ^ Акин ЗН, Назарали АДЖ (2005). «Гены Hox и их потенциальные нисходящие мишени в развивающейся центральной нервной системе». Клеточная и молекулярная нейробиология . 25 ( 3–4 ): 697–741 . doi :10.1007/s10571-005-3971-9. PMID  16075387. S2CID  9804218.
  7. ^ Holland PW, Booth HA, Bruford EA (2007). «Классификация и номенклатура всех гомеобоксных генов человека». BMC Biology . 5 (1): 47. doi : 10.1186/1741-7007-5-47 . PMC 2211742. PMID  17963489 . 
  8. ^ Theissen G (2001). «Развитие идентичности цветочных органов: истории из дома MADS». Curr. Opin. Plant Biol . 4 (1): 75– 85. Bibcode : 2001COPB....4...75T. doi : 10.1016/S1369-5266(00)00139-4. PMID  11163172.
  9. ^ Shore P, Sharrocks AD (1995). «Семейство факторов транскрипции MADS-box». European Journal of Biochemistry . 229 (1): 1– 13. doi :10.1111/j.1432-1033.1995.0001l.x. PMID  7744019.
  10. ^ Heuer JG, Kaufman TC (май 1992). «Гомеотические гены играют особую функциональную роль в формировании эмбриональной периферической нервной системы дрозофилы ». Development . 115 (1): 35–47 . doi :10.1242/dev.115.1.35. PMID  1353440.
  11. ^ Randazzo FM, Cribbs DL, Kaufman TC (сентябрь 1991 г.). «Спасение и регулирование proboscipedia: гомеозисный ген Antennapedia Complex». Development . 113 (1): 257–71 . doi :10.1242/dev.113.1.257. PMID  1684932.
  12. ^ Maeda RK, Karch F (апрель 2006 г.). «ABC BX-C: объяснение комплекса биторакс». Development . 133 (8): 1413– 22. doi :10.1242/dev.02323. PMID  16556913.
  13. ^ Breen TR, Harte PJ (январь 1993 г.). « trithorax регулирует множественные гомеозисные гены в комплексах bithorax и Antennapedia и оказывает различные тканеспецифичные, парасегментно-специфичные и промотор-специфичные эффекты на каждый из них». Development . 117 (1): 119– 34. doi :10.1242/dev.117.1.119. PMID  7900984.
  14. ^ Химено М., Нерия Й. и др. (1 июля 2011 г.). «Уникальные морфологические изменения в цветках петунии, инфицированных фитоплазмой фитопатогенного растения, связаны с транскрипционной регуляцией цветочных гомеозисных генов органоспецифичным образом». The Plant Journal . 67 (6): 971– 79. doi : 10.1111/j.1365-313X.2011.04650.x . PMID  21605209.
  15. ^ Bonhomme C, Duluc I, et al. (октябрь 2003 г.). «Ген гомеобокса Cdx2 имеет функцию супрессора опухолей в дистальном отделе толстой кишки в дополнение к гомеотической роли во время развития кишечника». Gut . 52 (10): 1465– 71. doi :10.1136/gut.52.10.1465. PMC 1773830 . PMID  12970140. 
  • Флайбаза
  • Гомеозисные гены и модели тела
  • Переключатели генов NOVA
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Гомеотический_ген&oldid=1220789209"