Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В эволюционной биологии развития , гомеотические гены , гены , которые регулируют развитие анатомических структур в различных организмах , такие , как иглокожие, [1] насекомые, млекопитающие, и растений. Гомеотические гены часто кодируют белки факторов транскрипции , 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 ), например, усики, растущие в задней части мухи, а не в голове. [3] Мутации, которые приводят к развитию эктопических структур, обычно смертельны. [4]

Типы [ править ]

Есть несколько подмножеств гомеотических генов. Они включают в себя многие из генов Hox и ParaHox , которые важны для сегментации . [5] Hox-гены обнаружены у двусторонних животных, в том числе у дрозофилы (у которой они были впервые обнаружены) и человека. Hox-гены - это подмножество генов гомеобокса . Гены Hox часто сохраняются у разных видов, поэтому некоторые из генов Hox у дрозофилы гомологичны генам человека. В общем, гены Hox играют роль регуляции экспрессии генов, а также помогают в развитии и назначении специфических структур во время эмбрионального роста. Это может варьироваться от сегментации у дрозофилы.к развитию центральной нервной системы (ЦНС) у позвоночных. [6] И Hox, и ParaHox сгруппированы как HOX-подобные гены (HOXL), подмножество класса ANTP (названного в честь гена Drosophila , Antennapedia ). [7]

Они также включают гены, содержащие MADS-бокс, участвующие в модели развития цветка ABC . [8] Помимо цветочных растений, мотив MADS-бокса 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 (например, мышечных клетках). [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 [ править ]

Гомеотические селекторные генные комплексы у плодовой мушки Drosophila melanogaster

Одним из наиболее часто изучаемых модельных организмов в отношении гомеотических 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 отдельную область развития. Комплекс антеннапедии состоит из пяти генов, включая хобосипедию , и участвует в развитии передней части эмбриона, формируя 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 развития (начиная с стадии бластодермы эмбриона) эти гены постоянно экспрессируются, чтобы назначать структуры и роли различным сегментам тела мухи. [13] Для дрозофилы эти гены можно проанализировать с помощью базы данных Flybase .

Исследование [ править ]

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 листоподобных структур на большинстве органов цветка. [14] В другом исследовании было обнаружено, что гомеотический ген Cdx2 действует как опухолевый супрессор.. 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, наряду со многими другими, показывают важность гомеотических генов даже после развития.

См. Также [ править ]

  • Homeobox
  • Гомеоз

Ссылки [ править ]

  1. ^ Поподи, Эллен; и другие. (1996). "Гены Hox морского ежа: взгляд на предков кластера Hox" . Мол. Биол. Evol . 13 (8): 1078–1086. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a025670 . PMID  8865662 .
  2. ^ Хирт F, Hartmann B, Reichert H (май 1998). «Действие гомеотических генов в эмбриональном развитии мозга дрозофилы ». Развитие . 125 (9): 1579–89. PMID 9521896 . 
  3. ^ Bürglin TR (2013). Гомеотические мутации . Энциклопедия генетики Бреннера, 2 изд . С. 510–511. DOI : 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 половых гребней снижает активность teashirt и других гомеотических генов» . EMBO Journal . 13 (5): 1132–44. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1994.tb06362.x . PMC 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. Cell . 17 (4): 516–26. DOI : 10.1016 / j.devcel.2009.08.010 . PMID 19853565 . 
  6. ^ Akin ZN, Назарали AJ (2005). «Hox-гены и их возможные нижестоящие мишени в развивающейся центральной нервной системе» . Клеточная и молекулярная нейробиология . 25 (3–4): 697–741. DOI : 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 Biology . 5 (1): 47. DOI : 10.1186 / 1741-7007-5-47 . PMC 2211742 . PMID 17963489 .  
  8. ^ Theissen G (2001). «Развитие айдентики цветочного органа: истории из дома MADS». Curr. Opin. Plant Biol . 4 (1): 75–85. DOI : 10.1016 / S1369-5266 (00) 00139-4 . PMID 11163172 . 
  9. ^ Shore P, Sharrocks AD (1995). «Семейство факторов транскрипции MADS-box». Европейский журнал биохимии . 229 (1): 1–13. DOI : 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 становлении периферической нервной системы эмбриона дрозофилы ». Развитие . 115 (1): 35–47. PMID 1353440 . 
  11. ^ Рандаццо FM, Cribbs DL, Кауфман TC (сентябрь 1991). «Спасение и регуляция хобосипедий: гомеотический ген комплекса антеннапедий». Развитие . 113 (1): 257–71. PMID 1684932 . 
  12. Перейти ↑ Maeda RK, Karch F (апрель 2006 г.). «Азбука BX-C: объяснение комплекса биторакса» . Развитие . 133 (8): 1413–22. DOI : 10.1242 / dev.02323 . PMID 16556913 . 
  13. ↑ Breen TR, Harte PJ (январь 1993). « trithorax регулирует множество гомеотических генов в комплексах bithorax и Antennapedia и оказывает различные тканеспецифичные, парасегментные и промоторные эффекты на каждом из них». Развитие . 117 (1): 119–34. PMID 7900984 . 
  14. ^ Himeno M, Neriya Y, et al. (1 июля 2011 г.). «Уникальные морфологические изменения в цветках петунии, инфицированных патогенными фитоплазмами растений, связаны с регуляцией транскрипции гомеотических генов растений органоспецифическим образом». Заводской журнал . 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 выполняет функцию подавления опухолей в дистальном отделе толстой кишки в дополнение к гомеотической роли во время развития кишечника» . Кишечник . 52 (10): 1465–71. DOI : 10.1136 / gut.52.10.1465 . PMC 1773830 . PMID 12970140 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Flybase
  • Гомеотические гены и паттерны тела
  • Переключатели NOVA-Gene