Гомеотический ген - Homeotic gene

В эволюционная биология развития, гомеотические гены гены, которые регулируют развитие анатомических структур у различных организмов, таких как иглокожие,[1] насекомые, млекопитающие и растения. Гомеотические гены часто кодируют фактор транскрипции белки, и эти белки влияют на развитие, регулируя нижестоящие генные сети, участвующие в формировании паттерна тела.[2]

Мутации в гомеотических генах вызывают смещение частей тела (гомеоз ), такие как усики, растущие к задней части мухи, а не к голове.[3] Мутации, приводящие к развитию эктопических структур, обычно смертельны.[4]

Типы

Есть несколько подмножеств гомеотических генов. В их число входят многие из Hox и ParaHox гены, которые важны для сегментация.[5] Hox-гены обнаружены у двусторонних животных, включая Дрозофила (в котором они были впервые обнаружены) и людей. Hox-гены - это подмножество гомеобокс гены. Гены Hox часто консервированный между видами, поэтому некоторые из Hox-генов Дрозофила гомологичны человеческим. В общем, гены Hox играют роль регуляции экспрессии генов, а также помогают в развитии и назначении специфических структур во время эмбрионального роста. Это может быть сегментация в Дрозофила к Центральная нервная система (ЦНС) у позвоночных.[6] И Hox, и ParaHox сгруппированы как HOX-подобные гены (HOXL), подмножество класса ANTP (названного в честь Дрозофила ген, Антеннапедия ).[7]

Они также включают MADS-коробка -содержащие гены, участвующие в ABC модель развития цветка.[8] Помимо растений, производящих цветы, 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 определенных клетках (таких как мышечные клетки).[9]

Несмотря на то, что термины обычно меняются местами, не все гомеотические гены являются Hox-генами; гены MADS-бокса гомеотичны, но не гены Hox. Таким образом, гены Hox представляют собой подмножество гомеотических генов.

Drosophila melanogaster

Гомеотические селекторные генные комплексы у плодовой мушки Drosophila melanogaster

Один из наиболее часто изучаемых модельные организмы Что касается гомеотических генов, это плодовая мушка Drosophila melanogaster. Его гомеотические Hox-гены встречаются либо в комплексе Antennapedia (ANT-C), либо в комплексе Bithorax (BX-C), обнаруженном Эдвард Б. Льюис.[10] Каждый из комплексов ориентирован на отдельную область развития. В антеннапедия комплекс состоит из пяти генов, в том числе хобосипедия, и участвует в развитии передней части эмбриона, образуя сегменты головы и грудной клетки.[11] Комплекс биторакса состоит из трех основных генов и участвует в развитии задней части эмбриона, а именно брюшной полости и задних сегментов грудной клетки.[12]

Во время разработки (начиная с бластодерма стадия эмбриона), эти гены постоянно экспрессируются, чтобы назначать структуры и роли различным сегментам тела мухи.[13] За Дрозофила, эти гены можно проанализировать с помощью Flybase база данных.

Исследование

Было проведено много исследований гомеотических генов у разных организмов, от базового понимания того, как работают молекулы до мутаций, до того, как гомеотические гены влияют на человеческий организм. Изменение уровня экспрессии гомеотических генов может негативно повлиять на организм. Например, в одном исследовании патогенная фитоплазма вызвала значительную активацию или подавление гомеотических генов в цветковых растениях. Это привело к серьезным фенотипическим изменениям, включая карликовость, дефекты пестиков, гипопигментацию и развитие листообразных структур на большинстве органов цветка.[14] В другом исследовании было обнаружено, что гомеотический ген Cdx2 действует как подавитель опухолей. При нормальном уровне экспрессии ген предотвращает онкогенез и колоректальный рак при воздействии канцерогены; однако, когда Cdx2 не был хорошо выражен, канцерогены вызвали развитие опухоли.[15] Эти исследования, наряду со многими другими, показывают важность гомеотических генов даже после развития.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Поподи, Эллен; и другие. (1996). "Гены Hox морского ежа: взгляд на наследственный кластер Hox". Мол. Биол. Evol. 13 (8): 1078–1086. Дои:10.1093 / oxfordjournals.molbev.a025670. PMID  8865662.
  2. ^ Хирт Ф., Хартманн Б., Райхерт Х. (май 1998 г.). "Действие гомеотического гена в эмбриональном развитии мозга Дрозофила". Разработка. 125 (9): 1579–89. PMID  9521896.
  3. ^ Бюрглин TR (2013). Гомеотические мутации. Энциклопедия генетики Бреннера, 2-е изд.. С. 510–511. Дои:10.1016 / B978-0-12-374984-0.00727-0. ISBN  9780080961569.
  4. ^ Эндрю DJ, Хорнер М.А., Петитт М.Г. и др. (1 марта 1994 г.). "Установление ограничений на функцию гомеотических генов: ограничение Половые гребни уменьшены деятельность футболка и другие гомеотические гены ». EMBO Журнал. 13 (5): 1132–44. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1994.tb06362.x. ЧВК  394922. PMID  7907545.
  5. ^ Янг Т., Роуленд Дж. Э., ван де Вен С. и др. (Октябрь 2009 г.). «Гены Cdx и Hox по-разному регулируют задний осевой рост у эмбрионов млекопитающих». Dev. Клетка. 17 (4): 516–26. Дои:10.1016 / j.devcel.2009.08.010. PMID  19853565.
  6. ^ Акин З.Н., Назарали А.Дж. (2005). «Hox-гены и их возможные нижестоящие мишени в развивающейся центральной нервной системе». Клеточная и молекулярная нейробиология. 25 (3–4): 697–741. Дои:10.1007 / s10571-005-3971-9. PMID  16075387.
  7. ^ Голландия, Питер WH; Бут, H Anne F; Бруфорд, Элспет А (2007). «Классификация и номенклатура всех генов гомеобокса человека». BMC Биология. 5 (1): 47. Дои:10.1186/1741-7007-5-47. ЧВК  2211742. PMID  17963489.
  8. ^ Тайссен Г (2001). «Развитие айдентики цветочного органа: истории из дома MADS». Curr. Мнение. Биол растений. 4 (1): 75–85. Дои:10.1016 / S1369-5266 (00) 00139-4. PMID  11163172.
  9. ^ 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. PMID  7744019.
  10. ^ Heuer JG, Kaufman TC (май 1992 г.). "Гомеотические гены играют особую функциональную роль в создании Дрозофила эмбриональная периферическая нервная система ». Разработка. 115 (1): 35–47. PMID  1353440.
  11. ^ Randazzo FM, Cribbs DL, Kaufman TC (сентябрь 1991 г.). «Спасение и регуляция хобосипедий: гомеотический ген комплекса антеннапедий». Разработка. 113 (1): 257–71. PMID  1684932.
  12. ^ Маэда РК, Карч Ф. (апрель 2006 г.). "Азбука BX-C: объяснение комплекса биторакса". Разработка. 133 (8): 1413–22. Дои:10.1242 / dev.02323. PMID  16556913.
  13. ^ Брин Т.Р., Харт П.Дж. (январь 1993 г.). "триторакс регулирует несколько гомеотических генов в комплексах bithorax и Antennapedia и оказывает различные тканеспецифичные, парасегментные и промоторные эффекты на каждый из них ». Разработка. 117 (1): 119–34. PMID  7900984.
  14. ^ Химено М., Нерия Ю. и др. (1 июля 2011 г.). «Уникальные морфологические изменения в цветках петунии, инфицированных патогенными фитоплазмами растений, связаны с регуляцией транскрипции гомеотических генов растений органоспецифическим образом». Журнал растений. 67 (6): 971–79. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2011.04650.x. PMID  21605209.
  15. ^ Bonhomme C, Duluc I, et al. (Октябрь 2003 г.). "The Cdx2 ген гомеобокса выполняет функцию подавления опухолей в дистальном отделе толстой кишки в дополнение к гомеотической роли во время развития кишечника ». Кишечник. 52 (10): 1465–71. Дои:10.1136 / гут.52.10.1465. ЧВК  1773830. PMID  12970140.

внешняя ссылка