stringtranslate.com

Hox-ген

Hox-гены , подмножество гомеобоксных генов , представляют собой группу родственных генов , которые определяют области плана тела эмбриона вдоль оси голова-хвост животных. Hox -белки кодируют и определяют характеристики «положения», гарантируя, что правильные структуры формируются в правильных местах тела. Например, Hox-гены у насекомых определяют, какие придатки формируются на сегменте (например, ноги, усики и крылья у плодовых мушек), а Hox-гены у позвоночных определяют типы и форму позвонков, которые будут формироваться. У сегментированных животных Hox-белки, таким образом, придают сегментную или позиционную идентичность, но не формируют сами сегменты.

Исследования Hox-генов у ресничных личинок показали, что они экспрессируются только в будущих взрослых тканях. У личинок с постепенным метаморфозом Hox-гены активируются в тканях личиночного тела, как правило, в области туловища, которые будут поддерживаться в течение метаморфоза. У личинок с полным метаморфозом Hox-гены в основном экспрессируются в ювенильных зачатках и отсутствуют в транзитных личиночных тканях. Личинки полухордовых видов Schizocardium californicum и пилидийная личинка Nemertea не экспрессируют Hox-гены. [1] [2]

Аналогию генов Hox можно провести с ролью режиссера пьесы, который называет, какую сцену актеры должны разыграть следующей. Если режиссер пьесы называет сцены в неправильном порядке, вся пьеса будет представлена ​​в неправильном порядке. Аналогично мутации в генах Hox могут привести к тому, что части тела и конечности окажутся в неправильном месте вдоль тела. Как и режиссер пьесы, гены Hox не действуют в пьесе и не участвуют в формировании конечностей.

Белковый продукт каждого гена Hox является фактором транскрипции . Каждый ген Hox содержит хорошо сохранившуюся последовательность ДНК , известную как гомеобокс, от которого изначально произошел термин «Hox». Однако в современном использовании термин Hox больше не эквивалентен гомеобоксу, поскольку гены Hox — не единственные гены, обладающие последовательностью гомеобокса; например, у людей имеется более 200 генов гомеобокса, из которых 39 являются генами Hox. [3] [4] Таким образом, гены Hox являются подмножеством генов фактора транскрипции гомеобокса. У многих животных организация генов Hox в хромосоме такая же, как и порядок их экспрессии вдоль передне-задней оси развивающегося животного, и, таким образом, говорят, что они демонстрируют колинеарность. [5] [6] Продукция продуктов гена Hox в неправильном месте в организме связана с метаплазией и предрасполагает к онкологическим заболеваниям, например, пищевод Барретта является результатом измененного кодирования Hox и является предшественником рака пищевода . [7]

Функция

Продукты Hox-генов — это Hox-белки. Hox-белки — это подмножество факторов транскрипции, которые являются белками, способными связываться с определенными нуклеотидными последовательностями на ДНК, называемыми энхансерами, посредством которых они либо активируют, либо подавляют сотни других генов. Один и тот же Hox-белок может действовать как репрессор на одном гене и активатор на другом. Способность Hox-белков связывать ДНК обеспечивается частью белка, называемой гомеодоменом . Гомеодомен — это ДНК-связывающий домен длиной 60 аминокислот (кодируемый соответствующей ему последовательностью ДНК из 180 пар оснований , гомеобоксом). Эта аминокислотная последовательность сворачивается в мотив «спираль-поворот-спираль» (т. е. гомеодоменная складка ), который стабилизируется третьей спиралью. Консенсусная полипептидная цепь показана ниже: [8] Hox-белки часто действуют в партнерстве с кофакторами, такими как белки PBC и Meis, кодируемые очень разными типами гена гомеобокса. [9] 

 Спираль 1 Спираль 2 Спираль 3/4 ______________ __________ _________________RRRKRTAYTRYQLLELEKEFLFNRYLTRRRIELAHSLNLTERHIKIWFQNRRMKWKKEN....|....|....|....|....|....|....|....|....|....| ....|....| 10 20 30 40 50 60

Эволюция

Экспрессия Hox-генов в сегментах тела разных групп членистоногих . Hox-гены 7, 8 и 9 соответствуют в этих группах, но смещены ( гетерохронией ) на три сегмента. Сегменты с максиллопами имеют Hox-ген 7. Ископаемые трилобиты, вероятно, имели три области тела, каждая с уникальной комбинацией Hox-генов.

Гены гомеобокса и, таким образом, мотив белка гомеодомена обнаружены у большинства эукариот . Гены Hox, являющиеся подмножеством генов гомеобокса, возникли совсем недавно в ходе эволюции в царстве животных или Metazoa . В царстве животных гены Hox присутствуют у всех билатерий [10] (животных с четкой осью голова-хвост), а также были обнаружены у книдарий, таких как морские анемоны . [11] Это означает, что гены Hox возникли более 550 миллионов лет назад. У билатерий гены Hox часто расположены в кластерах генов, хотя есть много исключений, когда гены были разделены хромосомными перестройками. [12] Сравнение последовательностей гомеодомена между белками Hox часто выявляет большее сходство между видами, чем внутри одного вида; Это наблюдение привело к выводу, что кластеры генов Hox развились на ранних этапах эволюции животных из одного гена Hox посредством тандемной дупликации и последующей дивергенции, и что прототипический кластер генов Hox, содержащий по крайней мере семь различных генов Hox, присутствовал у общего предка всех билатеральных животных. [10] [13]

У большинства билатеральных животных гены Hox экспрессируются в смещенных доменах вдоль оси голова-хвост эмбриона, что позволяет предположить, что их роль в определении положения является общей, древней чертой. [14] Функциональная консервация белков Hox может быть продемонстрирована тем фактом, что муха может функционировать в значительной степени с белком Hox курицы вместо своего собственного. [15] Таким образом, несмотря на наличие последнего общего предка , который жил более 550 миллионов лет назад, [16] версии одного и того же гена Hox у курицы и мухи достаточно похожи, чтобы нацеливаться на одни и те же нижестоящие гены у мух.

ВДрозофила

Экспрессия гена гомеобокса (Hox) в Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster является важной моделью для понимания генерации и эволюции плана тела. Общие принципы функции и логики генов Hox, выявленные у мух, будут применимы ко всем билатеральным организмам, включая людей. У Drosophila , как и у всех насекомых, есть восемь генов Hox. Они объединены в два комплекса, оба из которых расположены на хромосоме 3. Комплекс Antennapedia (не путать с геном Antp ) состоит из пяти генов: labial ( lab ), proboscipedia ( pb ), deformed ( Dfd ), sex гребни Reduced ( Scr ) и Antennapedia ( Antp ). Комплекс Bithorax, названный в честь гена Ultrabithorax, состоит из оставшихся трех генов: Ultrabithorax ( Ubx ), abdominal-A ( abd-A ) и abdominal-B ( abd-B ).

Лабиальный

Ген lab является наиболее переднеэкспрессированным геном. Он экспрессируется в голове, в первую очередь в интеркалярном сегменте (сегмент без придатков между антенной и нижней челюстью), а также в средней кишке. Потеря функции lab приводит к неспособности эмбриона дрозофилы интернализовать структуры рта и головы, которые изначально развиваются снаружи его тела (процесс, называемый инволюцией головы). Неспособность инволюции головы нарушает или удаляет слюнные железы и глотку. Ген lab изначально был так назван, потому что он разрушал губной придаток; однако ген lab не экспрессируется в губном сегменте, и фенотип губного придатка, вероятно, является результатом широкой дезорганизации, вызванной неспособностью инволюции головы. [17]

Хоботки-пробосципедии

Ген pb отвечает за формирование губных и максиллярных щупиков. Некоторые данные показывают, что pb взаимодействует с Scr . [18]

Деформированный

Ген Dfd отвечает за формирование верхнечелюстных и нижнечелюстных сегментов в личиночной голове. [19] Мутантные фенотипы Dfd похожи на фенотипы губных. Потеря функции Dfd у эмбриона приводит к сбою инволюции головы (см. лабиальный ген) с потерей личиночных структур головы. Мутации у взрослых особей приводят либо к делециям частей головы, либо к трансформации головы в грудную идентичность. [17]

Секс гребни уменьшены

Ген Scr отвечает за развитие головы и грудной клетки у эмбриона и взрослой особи дрозофилы . [20]

Антеннапедия

Второй грудной сегмент, или T2, развивает пару ног и пару крыльев. Ген Antp определяет эту идентичность, способствуя формированию ног и позволяя (но не активируя напрямую) формировать крылья. Доминантная мутация Antp , вызванная хромосомной инверсией , приводит к тому, что Antp экспрессируется в антеннальном имагинальном диске, так что вместо формирования антенны диск формирует ногу, в результате чего нога выходит из головы мухи. [ необходима цитата ]

Дикий тип (слева), мутант Antennapedia (справа)

Ультрабиторакс

Третий грудной сегмент, или T3, несет пару ног и пару жужжальца (сильно редуцированные крылья, которые выполняют функцию балансировки во время полета). Ubx формирует T3 в основном путем подавления генов, участвующих в формировании крыльев. Крыловидная лопасть состоит из двух слоев клеток, которые плотно прилегают друг к другу и снабжаются питательными веществами через несколько жилок крыла. Один из многих генов, которые подавляет Ubx, — это blistered, который активирует белки, участвующие в межклеточной адгезии, и spalt, который формирует расположение жилок крыла. У мутантов с потерей функции Ubx Ubx больше не подавляет гены крыльев, и жужжальца развиваются как вторая пара крыльев, в результате чего появляются знаменитые четырехкрылые мухи. Когда Ubx неправильно экспрессируется во втором грудном сегменте, как это происходит у мух с мутацией энхансера «Cbx», он подавляет гены крыльев, и крылья развиваются как жужжальца, в результате чего получается муха с четырьмя жужжальцами. [21]

Брюшной-А

У Drosophila abd-A экспрессируется вдоль большей части брюшка, от брюшных сегментов 1 (A1) до A8. Экспрессия abd-A необходима для определения идентичности большинства брюшных сегментов. Основная функция abd-A у насекомых заключается в подавлении формирования конечностей. У мутантов с потерей функции abd-A брюшные сегменты A2–A8 трансформируются в идентичность, более похожую на A1. Когда abd-A эктопически экспрессируется по всему эмбриону, все сегменты, расположенные впереди A4, трансформируются в брюшную идентичность, подобную A4. [17] Ген abd-A также влияет на схему формирования кутикулы в эктодерме и схему формирования мышц в мезодерме . [18]

Брюшной-B

Ген abd-B транскрибируется в двух различных формах: регуляторный белок и морфогенный белок. Регуляторный abd-B подавляет эмбриональные вентральные эпидермальные структуры в восьмом и девятом сегментах брюшка Drosophila . Как регуляторный белок, так и морфогенный белок участвуют в развитии хвостового сегмента. [18]

Классификация Hox-белков

Белки с высокой степенью сходства последовательностей также, как правило, предполагают высокую степень функционального сходства, т. е. предполагается, что Hox-белки с идентичными гомеодоменами имеют идентичные свойства связывания ДНК (если только не известно, что дополнительные последовательности влияют на связывание ДНК). Чтобы определить набор белков между двумя различными видами, которые, скорее всего, будут наиболее схожи по функциям, используются схемы классификации. Для Hox-белков существуют три различные схемы классификации: основанная на филогенетическом выводе, основанная на синтении и основанная на сходстве последовательностей. [22] Три схемы классификации предоставляют противоречивую информацию для Hox-белков, экспрессируемых в середине оси тела ( Hox6-8 и Antp, Ubx и abd-A ). Комбинированный подход использовал информацию, основанную на филогенетическом выводе для разных видов, и нанес типы последовательностей белков на филогенетическое дерево вида. Подход позволил выявить белки, которые наилучшим образом представляют предковые формы ( Hox7 и Antp ), и белки, которые представляют новые, производные версии (или были утрачены у предка и теперь отсутствуют у многочисленных видов). [23]

Регулируемые гены

Гены Hox действуют на многих уровнях в иерархиях генов развития: на «исполнительном» уровне они регулируют гены, которые в свою очередь регулируют большие сети других генов (например, генный путь, который формирует придаток). Они также напрямую регулируют то, что называется генами-реализаторами или эффекторными генами, которые действуют в нижней части таких иерархий, чтобы в конечном итоге сформировать ткани, структуры и органы каждого сегмента. Сегментация включает такие процессы, как морфогенез (дифференциация клеток-предшественников в их конечные специализированные клетки), тесная ассоциация групп клеток со схожей судьбой, формирование структур и границ сегментов посредством запрограммированной смерти клеток и перемещение клеток из того места, где они впервые рождаются, туда, где они в конечном итоге будут функционировать, поэтому неудивительно, что целевые гены генов Hox способствуют делению клеток, адгезии клеток, апоптозу и миграции клеток. [5]

Последовательности усилителя, связанные с гомеодоменами

Последовательность ДНК, связанная гомеодоменным белком, содержит нуклеотидную последовательность TAAT, причем 5'- концевой T является наиболее важным для связывания. [28] Эта последовательность сохраняется почти во всех сайтах, распознаваемых гомеодоменами, и, вероятно, различает такие места как сайты связывания ДНК. Пары оснований, следующие за этой начальной последовательностью, используются для различения гомеодоменных белков, все из которых имеют схожие сайты распознавания. Например, нуклеотид, следующий за последовательностью TAAT, распознается аминокислотой в позиции 9 гомеодоменного белка. В материнском белке Bicoid эта позиция занята лизином , который распознает и связывается с нуклеотидом гуанином . В Antennapedia эта позиция занята глутамином , который распознает и связывается с аденином . Если лизин в Bicoid заменить глутамином, полученный белок будет распознавать сайты энхансера, связывающего Antennapedia. [29] [30]

Однако все факторы транскрипции, содержащие гомеодомен, по сути связывают одну и ту же последовательность ДНК. Последовательность, связанная гомеодоменом белка Hox, имеет длину всего шесть нуклеотидов, и такая короткая последовательность будет найдена случайным образом много раз по всему геному, что намного больше, чем количество фактических функциональных участков. Особенно для белков Hox, которые производят такие резкие изменения в морфологии при неправильной экспрессии, это поднимает вопрос о том, как каждый фактор транскрипции может производить такие специфические и разные результаты, если все они связывают одну и ту же последовательность. Одним из механизмов, который вносит большую специфичность последовательности ДНК в белки Hox, является связывание кофакторов белков. Два таких кофактора Hox — это Extradenticle (Exd) и Homothorax (Hth). Exd и Hth связываются с белками Hox и, по-видимому, вызывают конформационные изменения в белке Hox, которые увеличивают его специфичность. [31]

Регуляция генов Hox

Так же, как гены Hox регулируют гены-реализаторы, они, в свою очередь, регулируются другими генами. У Drosophila и некоторых насекомых (но не у большинства животных) гены Hox регулируются генами gap и генами pair-rule , которые, в свою очередь, регулируются поставляемой матерью мРНК . Это приводит к каскаду факторов транскрипции: материнские факторы активируют гены gap или pair-rule; гены gap и pair-rule активируют гены Hox; затем, наконец, гены Hox активируют гены-реализаторы, которые вызывают дифференциацию сегментов в развивающемся эмбрионе.

Регулирование достигается посредством градиентов концентрации белков, называемых морфогенными полями . Например, высокие концентрации одного материнского белка и низкие концентрации других включат определенный набор генов gap или pair-rule. У мух полоса 2 в эмбрионе активируется материнскими белками Bicoid и Hunchback, но подавляется белками gap Giant и Kruppel. Таким образом, полоса 2 будет формироваться только там, где есть Bicoid и Hunchback, но не там, где есть Giant и Kruppel. [32]

Было показано, что нити микроРНК , расположенные в кластерах Hox, подавляют больше передних генов hox («феномен задней распространенности»), возможно, для более точной настройки паттерна их экспрессии. [33]

Было показано, что некодирующая РНК (нкРНК) в изобилии присутствует в кластерах Hox. У людей может присутствовать 231 нкРНК. Одна из них, HOTAIR , подавляет транс (она транскрибируется из кластера HOXC и ингибирует поздние гены HOXD) путем связывания с белками группы Polycomb (PRC2). [34]

Структура хроматина необходима для транскрипции, но она также требует, чтобы кластер выходил за пределы хромосомной территории . [35]

У высших животных, включая человека, ретиноевая кислота регулирует дифференциальную экспрессию генов Hox вдоль переднезадней оси. [36] Гены на 3'-концах кластеров Hox индуцируются ретиноевой кислотой, что приводит к образованию доменов экспрессии, которые простираются более вперед в организме по сравнению с 5'-генами Hox, которые не индуцируются ретиноевой кислотой, что приводит к образованию доменов экспрессии, которые остаются более задними.

Количественная ПЦР выявила несколько тенденций, касающихся колинеарности: система находится в равновесии, а общее количество транскриптов зависит от количества присутствующих генов в соответствии с линейной зависимостью. [37]

Колинеарность

У некоторых организмов, особенно позвоночных, различные Hox-гены расположены очень близко друг к другу на хромосоме в группах или кластерах. Порядок генов на хромосоме такой же, как и экспрессия генов в развивающемся эмбрионе, причем первый ген экспрессируется в переднем конце развивающегося организма. Причина этой колинеарности пока не полностью понята, но может быть связана с активацией Hox-генов во временной последовательности путем постепенной распаковки хроматина вдоль генного кластера.

Номенклатура

Гены Hox названы по гомеотическим фенотипам, которые возникают при нарушении их функции, когда один сегмент развивается с идентичностью другого (например, ноги там, где должны быть антенны). Генам Hox в разных типах были даны разные названия, что привело к путанице в номенклатуре. Дополнение генов Hox у Drosophila состоит из двух кластеров, комплекса Antennapedia и комплекса Bithorax, которые вместе исторически назывались HOM-C (для гомеотического комплекса). Хотя исторически гены HOM-C относились к гомологам Drosophila , в то время как гены Hox относились к гомологам позвоночных, это различие больше не проводится, и как гены HOM-C, так и Hox называются генами Hox. [ необходима цитата ]

У других видов

Hox-гены у разных видов

Позвоночные

У мышей и людей имеется 39 Hox-генов в четырех кластерах: [38] [39]

Предки позвоночных имели один кластер генов Hox, [40] [41] [ требуется цитата ] который был продублирован (дважды) на ранней стадии эволюции позвоночных путем дупликации всего генома, в результате чего образовалось четыре кластера генов Hox: Hoxa, Hoxb, Hoxc и Hoxd. В настоящее время неясно, произошли ли эти дупликации до или после отделения миног и миксин от других позвоночных. [42] Большинство четвероногих имеют четыре кластера HOX, в то время как большинство костистых рыб , включая данио-рерио и медаку , имеют семь или восемь кластеров генов Hox из-за дополнительной дупликации генома , которая произошла в их эволюционной истории. [43] [38] У данио-рерио один из восьми кластеров генов Hox (кластер Hoxd) утратил все гены, кодирующие белок, и только один ген микроРНК отмечает местоположение исходного кластера. [44] У некоторых костистых рыб, таких как лосось , произошла еще более поздняя дупликация генома, в результате чего семь или восемь кластеров генов Hox были удвоены, что дало по меньшей мере 13 кластеров [45]. У другого костистого вида, пресноводной рыбы-бабочки , вместо этого наблюдалась значительная потеря кластеров генов HOX, осталось только 5 кластеров. [46]

Тела позвоночных не сегментированы так же, как насекомые; они в среднем намного сложнее, что приводит к большей инфраструктуре в плане их тела по сравнению с насекомыми. Гены HOX контролируют регуляцию и развитие многих ключевых структур в организме, таких как сомиты , которые образуют позвонки и ребра, дерму дорсальной кожи, скелетные мышцы спины и скелетные мышцы стенки тела и конечностей. Гены HOX помогают дифференцировать клетки сомитов в более специфические идентичности и направлять их на различное развитие в зависимости от того, где они находятся в теле. [47] Большое различие между позвоночными и беспозвоночными заключается в расположении и наслоении генов HOX. Фундаментальные механизмы развития строго консервативны среди позвоночных от рыб до млекопитающих.

Из-за того, что гены HOX настолько высококонсервативны, большинство исследований было проведено на гораздо более простых модельных организмах, таких как мыши. Одно из основных различий, которое было замечено при сравнении мышей и дрозофилы , в частности, связано с расположением и наслоением генов HOX в геноме . У позвоночных есть гены HOX, которые гомологичны генам мухи, поскольку это один из наиболее высококонсервативных генов , но расположение другое. Например, на 5'-стороне сегмента мыши находится больше генов HOX по сравнению с беспозвоночными. [48] Эти гены соответствуют экспрессии в хвосте, что имело бы смысл, поскольку у мух не было бы ничего похожего на хвост, который есть у всех позвоночных. Кроме того, у большинства позвоночных есть 39 членов, разделенных на четыре отдельных плотно сгруппированных массива генов (A–D) на четырех отдельных хромосомах , тогда как у дрозофилы всего восемь генов HOX. [49] Кластеры гораздо более избыточны и менее склонны генерировать мутации . У мух один ген может мутировать, в результате чего жужжальца , что-то фундаментальное для того, чтобы они могли летать, трансформируются в крыло, или антенна превращается в ногу; у мыши необходимо одновременно удалить от двух до четырех генов, чтобы получить аналогичную полную трансформацию. Некоторые исследователи полагают, что из-за избыточности плана кластера HOX позвоночных и большей ограниченности по сравнению с кластерами HOX беспозвоночных, эволюционируемость кластеров HOX позвоночных по какой-то структурной или функциональной причине намного ниже, чем у их аналогов беспозвоночных. [50] Эта быстрая эволюционируемость отчасти объясняется тем, что беспозвоночные пережили гораздо более драматичные эпизоды адаптивной радиации и мутаций. Более 20 основных клад беспозвоночных настолько радикально различаются по организации тела, отчасти из-за более высокой скорости мутаций, что их стали формально классифицировать как разные типы . [51] Все паралогичные гены должны быть выбиты, чтобы в большинстве случаев произошли какие-либо фенотипические изменения. Это также одна из причин, почему гомеозисные мутации у позвоночных встречаются так редко.

У эмбрионов мышей гены HOX10, один из генов, лежащих в хвостовой части животного, отключают систему «реберного строительства», когда ген активируется. Гены активны в нижней части спины, где позвонки не вырастают в ребра, и неактивны в средней части спины, позволяя ребрам формироваться. Когда паралоги HOX10 экспериментально инактивируются, позвонки нижней части спины вырастают в ребрах. [52] Это исследование побудило к эволюционному поиску этих мутаций среди всех животных. Примером этого являются ящерицы и змеи. У змей гены HOX10 утратили свою способность блокировать ребра таким образом. [53]

Амфиоксус

У представителей рода Amphioxus, таких как Branchiostoma floridae, есть один кластер Hox с 15 генами, известный как AmphiHox1 – AmphiHox15 . [54]

Другие беспозвоночные

Шесть Hox-генов рассеяны в геноме Caenorhabditis elegans , круглого червя . [10] : рис. 3  Hydra и Nematostella vectensis , оба из типа Cnidaria , имеют несколько Hox/ParaHox-подобных гомеобоксных генов. [55] [11]

Экспрессия гена Hox также изучалась у плеченогих , [56] кольчатых червей , [57] и ряда моллюсков . [58]

История

Гены Hox так названы, потому что мутации в них вызывают гомеозисные преобразования . Гомеозисные преобразования были впервые выявлены и изучены Уильямом Бейтсоном в 1894 году, который ввел термин «гомеозис». После повторного открытия генетических принципов Менделя Бейтсон и другие поняли, что некоторые примеры гомеозиса в цветочных органах и скелетах животных можно отнести к вариациям в генах.

Окончательное доказательство генетической основы некоторых гомеотических преобразований было получено путем выделения гомеотических мутантов. Первый гомеотический мутант был обнаружен Кэлвином Бриджесом в лаборатории Томаса Ханта Моргана в 1915 году. Этот мутант демонстрирует частичную дупликацию грудной клетки и поэтому был назван Bithorax ( bx ). Он трансформирует третий грудной сегмент (T3) во второй (T2). Bithorax возник спонтанно в лаборатории и с тех пор постоянно поддерживается в качестве лабораторного материала. [59]

Генетические исследования Моргана и других легли в основу систематического анализа Эдварда Б. Льюиса и Томаса Кауфмана, которые дали предварительные определения многим гомеозисным генам комплексов Bithorax и Antennapedia, а также показали, что мутантные фенотипы большинства этих генов можно проследить до дефектов в строении эмбрионального тела.

Эд Льюис , Кристиана Нюсляйн-Фольхард и Эрик Ф. Вишаус в 1980 году идентифицировали и классифицировали 15 генов, имеющих ключевое значение для определения плана тела и формирования сегментов тела плодовой мушки D. melanogaster. [60] За свою работу Льюис, Нюсляйн-Фольхард и Вишаус были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1995 году. [61]

В 1983 году гомеобокс был открыт независимо исследователями в двух лабораториях: Эрнстом Хафеном, Майклом Левином и Уильямом МакГиннисом (в лаборатории Вальтера Геринга в Базельском университете , Швейцария) и Мэтью П. Скоттом и Эми Вайнер (в лаборатории Томаса Кауфмана в Индианском университете в Блумингтоне ).

Исследовать

Гены Hox играют критически важную роль в развитии таких структур, как конечности, легкие, нервная система и глаза. Как заметили TR Lappin и коллеги в 2006 году, «Эволюционная консервация предоставляет неограниченные возможности для экспериментального исследования функционального контроля сети генов Hox, что дает важные сведения о человеческих заболеваниях». В будущем можно будет провести больше исследований в изучении роли генов Hox в лейкемии и раке (например, EOC). [38]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Hejnol A, Vellutini BC (январь 2017 г.). «Личечная эволюция: я последую за тобой позже…». Current Biology . 27 (1): R21–R24. Bibcode : 2017CBio...27..R21H. doi : 10.1016/j.cub.2016.10.057 . PMID  28073016.
  2. ^ Gąsiorowski L, Hejnol A (10 февраля 2020 г.). "Экспрессия гена Hox во время развития форониды Phoronopsis harmeri". EvoDevo . 11 (2): 2. doi : 10.1186/s13227-020-0148-z . PMC 7011278 . PMID  32064072. 
  3. ^ Holland PW, Booth HA, Bruford EA (октябрь 2007 г.). «Классификация и номенклатура всех гомеобоксных генов человека». BMC Biology . 5 : 47. doi : 10.1186/1741-7007-5-47 . PMC 2211742. PMID  17963489 . 
  4. ^ Бюрглин Т.Р., Аффольтер М (июнь 2016 г.). «Гомеодоменные белки: обновление». Хромосома . 125 (3): 497–521. дои : 10.1007/s00412-015-0543-8. ПМЦ 4901127 . ПМИД  26464018. 
  5. ^ abc Pearson JC, Lemons D, McGinnis W (декабрь 2005 г.). «Модулирование функций генов Hox во время формирования паттерна тела животных». Nature Reviews. Genetics . 6 (12): 893–904. doi :10.1038/nrg1726. PMID  16341070. S2CID  256216.
  6. ^ Кэрролл SB (август 1995). «Гомеотические гены и эволюция членистоногих и хордовых». Nature . 376 (6540): 479–485. Bibcode :1995Natur.376..479C. doi :10.1038/376479a0. PMID  7637779. S2CID  4230019.
  7. ^ Janmaat VT, Nesteruk K, Spaander MC, Verhaar AP, Yu B, Silva RA и др. (июнь 2021 г.). "HOXA13 в этиологии и онкогенном потенциале пищевода Барретта". Nature Communications . 12 (1): 3354. Bibcode :2021NatCo..12.3354J. doi : 10.1038/s41467-021-23641-8 . PMC 8184780 . PMID  34099670.  
  8. ^ "Helix 1, Helix 2, Helix 3/4". csb.ki.se . Department of Biosciences and Nutrition, Karolinska Institute . Получено 9 марта 2022 г. .
  9. ^ Мерабет С., Галлиот Б. (2015). «Лицо Hox-белков в эволюции животных в стиле TALE». Frontiers in Genetics . 6 : 267. doi : 10.3389/fgene.2015.00267 . PMC 4539518. PMID  26347770. 
  10. ^ abc de Rosa R, Grenier JK, Andreeva T, Cook CE, Adoutte A, Akam M и др. (июнь 1999 г.). "Hox-гены у брахиопод и приапулид и эволюция первичноротых". Nature . 399 (6738): 772–776. Bibcode :1999Natur.399..772D. doi :10.1038/21631. PMID  10391241. S2CID  4413694.
  11. ^ ab Ryan JF, Mazza ME, Pang K, Matus DQ, Baxevanis AD, Martindale MQ и др. (январь 2007 г.). "Добилатерийное происхождение кластера Hox и кода Hox: доказательства из актинии Nematostella vectensis". PLOS ONE . ​​2 (1): e153. Bibcode :2007PLoSO...2..153R. doi : 10.1371/journal.pone.0000153 . PMC 1779807 . PMID  17252055. 
  12. ^ Ferrier DE, Minguillón C (2003). «Эволюция кластеров генов Hox/ParaHox». Международный журнал биологии развития . 47 (7–8): 605–611. PMID  14756336.
  13. ^ Крумлауф Р. (июль 1994 г.). «Hox-гены в развитии позвоночных». Cell . 78 (2): 191–201. doi :10.1016/0092-8674(94)90290-9. PMID  7913880. S2CID  39168197.
  14. ^ Gaunt SJ (2018). «Гены кластера Hox и коллинеарности на всем протяжении древа жизни животных». Международный журнал биологии развития . 62 (11–12): 673–683. doi :10.1387/ijdb.180162sg. PMID  30604837.
  15. ^ Lutz B, Lu HC, Eichele G, Miller D, Kaufman TC (январь 1996 г.). «Спасение нулевого мутанта губ Drosophila с помощью куриного ортолога Hoxb-1 демонстрирует, что функция генов Hox филогенетически консервативна». Genes & Development . 10 (2): 176–184. doi : 10.1101/gad.10.2.176 . PMID  8566751.
  16. ^ Ayala FJ, Rzhetsky A, Ayala FJ (январь 1998). «Происхождение метазойных типов: молекулярные часы подтверждают палеонтологические оценки». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (2): 606–611. Bibcode :1998PNAS...95..606J. doi : 10.1073/pnas.95.2.606 . PMC 18467 . PMID  9435239. 
  17. ^ abc Hughes CL, Kaufman TC (2002). «Hox-гены и эволюция плана строения тела членистоногих». Эволюция и развитие . 4 (6): 459–499. doi :10.1046/j.1525-142x.2002.02034.x. PMID  12492146. S2CID  46085797.
  18. ^ abc Броди Т (1996). «Интерактивная муха».
  19. ^ Regulski M, McGinnis N, Chadwick R, McGinnis W (март 1987). «Развитие и молекулярный анализ Deformed; гомеозисного гена, контролирующего развитие головы Drosophila». The EMBO Journal . 6 (3): 767–777. doi :10.1002/j.1460-2075.1987.tb04819.x. PMC 553462. PMID  16453752 . 
  20. ^ Паттатуччи AM, Кауфман TC (октябрь 1991 г.). «Гомеозисный ген Sex combs Reduced у Drosophila melanogaster по-разному регулируется на эмбриональной и имагинальной стадиях развития». Генетика . 129 (2): 443–461. doi :10.1093/genetics/129.2.443. PMC 1204635 . PMID  1683847. 
  21. ^ González-Gaitán MA, Micol JL, García-Bellido A (сентябрь 1990 г.). «Генетический анализ развития мутаций Contrabithorax у Drosophila melanogaster». Genetics . 126 (1): 139–155. doi :10.1093/genetics/126.1.139. PMC 1204118 . PMID  1977655. 
  22. ^ Hueber SD, Weiller GF, Djordjevic MA, Frickey T (май 2010 г.). «Улучшение классификации белков Hox в основных модельных организмах». PLOS ONE . 5 (5): e10820. Bibcode : 2010PLoSO...510820H. doi : 10.1371/journal.pone.0010820 . PMC 2876039. PMID  20520839 . 
  23. ^ Hueber SD, Rauch J, Djordjevic MA, Gunter H, Weiller GF, Frickey T (ноябрь 2013 г.). «Анализ типов центральных Hox-белков в кладах билатерий: о диверсификации центральных Hox-белков из белка, подобного Antennapedia/Hox7». Developmental Biology . 383 (2): 175–185. doi : 10.1016/j.ydbio.2013.09.009 . PMID  24055174.
  24. ^ ab Vachon G, Cohen B, Pfeifle C, McGuffin ME, Botas J, Cohen SM (октябрь 1992 г.). «Гомеотические гены комплекса Bithorax подавляют развитие конечностей в брюшной полости эмбриона Drosophila через целевой ген Distal-less». Cell . 71 (3): 437–450. doi :10.1016/0092-8674(92)90513-C. PMID  1358457. S2CID  10977579.
  25. ^ ab Capovilla M, Botas J (декабрь 1998 г.). «Функциональное доминирование среди генов Hox: репрессия доминирует над активацией в регуляции Dpp». Development . 125 (24): 4949–4957. doi :10.1242/dev.125.24.4949. PMID  9811579.
  26. ^ Ломанн И, МакГиннис Н, Бодмер М, МакГиннис В (август 2002 г.). «Деформированный ген Hox у дрозофилы формирует морфологию головы посредством прямой регуляции жнеца активатора апоптоза». Cell . 110 (4): 457–466. doi : 10.1016/s0092-8674(02)00871-1 . PMID  12202035. S2CID  17464919.
  27. ^ Bromleigh VC, Freedman LP (октябрь 2000 г.). "p21 является транскрипционной мишенью HOXA10 в дифференцирующихся миеломоноцитарных клетках". Genes & Development . 14 (20): 2581–2586. doi :10.1101/gad.817100. PMC 317001. PMID  11040212. 
  28. ^ Gilbert SF (2000). «Истоки передне-задней полярности: гомеозисные селекторные гены». Биология развития (6-е изд.). Sinauer Associates. ISBN 0-87893-243-7.
  29. ^ Hanes SD, Brent R (июнь 1989). «ДНК-специфичность белка-активатора бикоида определяется остатком 9 спирали распознавания гомеодомена». Cell . 57 (7): 1275–83. doi : 10.1016/0092-8674(89)90063-9 . PMID  2500253. S2CID  22478337.
  30. ^ Hanes SD, Brent R (январь 1991). «Генетическая модель взаимодействия спирали распознавания гомеодомена с ДНК». Science . 251 (4992). New York, NY: 426–430. Bibcode :1991Sci...251..426H. doi :10.1126/science.1671176. PMID  1671176.
  31. ^ Mann RS, Lelli KM, Joshi R (2009). "Hox-специфичность уникальные роли для кофакторов и коллабораторов". Current Topics in Developmental Biology . 88 : 63–101. doi :10.1016/S0070-2153(09)88003-4. ISBN 978-0-12-374529-3. PMC  2810641 . PMID  19651302.
  32. ^ Small S, Blair A, Levine M (ноябрь 1992 г.). «Регулирование четно-пропущенной полосы 2 в эмбрионе дрозофилы». The EMBO Journal . 11 (11): 4047–4057. doi :10.1002/j.1460-2075.1992.tb05498.x. PMC 556915. PMID  1327756 . 
  33. ^ Lempradl A, Ringrose L (февраль 2008 г.). «Как некодирующая транскрипция регулирует гены Hox?». BioEssays . 30 (2): 110–121. doi :10.1002/bies.20704. PMID  18200528. S2CID  53138.
  34. ^ Rinn JL, Kertesz M, Wang JK, Squazzo SL, Xu X, Brugmann SA и др. (июнь 2007 г.). «Функциональная демаркация активных и молчащих доменов хроматина в локусах HOX человека с помощью некодирующих РНК». Cell . 129 (7): 1311–1323. doi :10.1016/j.cell.2007.05.022. PMC 2084369 . PMID  17604720. 
  35. ^ Fraser P, Bickmore W (май 2007). «Ядерная организация генома и потенциал регуляции генов». Nature . 447 (7143): 413–417. Bibcode :2007Natur.447..413F. doi :10.1038/nature05916. PMID  17522674. S2CID  4388060.
  36. ^ Duester G (сентябрь 2008 г.). «Синтез ретиноевой кислоты и сигнализация во время раннего органогенеза». Cell . 134 (6): 921–931. doi :10.1016/j.cell.2008.09.002. PMC 2632951 . PMID  18805086. 
  37. ^ Монтавон Т., Ле Гаррек Дж. Ф., Керсберг М., Дюбуль Д. (февраль 2008 г.). «Моделирование регуляции генов Hox в пальцах: обратная коллинеарность и молекулярное происхождение большого пальца». Гены и развитие . 22 (3): 346–359. doi :10.1101/gad.1631708. PMC 2216694. PMID 18245448  . 
  38. ^ abc Lappin TR, Grier DG, Thompson A, Halliday HL (январь 2006 г.). «HOX гены: соблазнительная наука, таинственные механизмы». The Ulster Medical Journal . 75 (1): 23–31. PMC 1891803. PMID  16457401 . 
  39. ^ Скотт МП (ноябрь 1992 г.). «Номенклатура генов гомеобокса позвоночных». Cell . 71 (4): 551–553. doi :10.1016/0092-8674(92)90588-4. PMID  1358459. S2CID  13370372.
  40. ^ Garcia-Fernández J, Holland PW (август 1994). "Архетипическая организация кластера генов Hox amphioxus". Nature . 370 (6490): 563–566. Bibcode :1994Natur.370..563G. doi :10.1038/370563a0. PMID  7914353. S2CID  4329696.
  41. ^ Спаньуоло А., Ристораторе Ф., Ди Грегорио А., Аниелло Ф., Бранно М. и Ди Лауро Р. (2003) Джин 309, 71–79
  42. ^ Холланд Л. З., Окампо Даза Д. (ноябрь 2018 г.). «Новый взгляд на старый вопрос: когда произошла вторая полная дупликация генома в эволюции позвоночных?». Genome Biology . 19 (1): 209. doi : 10.1186/s13059-018-1592-0 . PMC 6260733. PMID  30486862 . 
  43. ^ Hoegg S, Boore JL, Kuehl JV, Meyer A (сентябрь 2007 г.). "Сравнительный филогеномный анализ кластеров Hox-генов костистых рыб: уроки, извлеченные из цихлид Astatotilapia burtoni". BMC Genomics . 8 (1): 317. doi : 10.1186/1471-2164-8-317 . PMC 2080641 . PMID  17845724. 
  44. ^ Woltering JM, Durston AJ (июнь 2006 г.). «Кластер hoxDb данио-рерио был сокращен до одной микроРНК». Nature Genetics . 38 (6): 601–602. doi :10.1038/ng0606-601. PMID  16736008. S2CID  41211603.
  45. ^ Mungpakdee S, Seo HC, Angotzi AR, Dong X, Akalin A, Chourrout D (июль 2008 г.). «Дифференциальная эволюция 13 кластеров Hox атлантического лосося». Молекулярная биология и эволюция . 25 (7): 1333–1343. doi : 10.1093/molbev/msn097 . PMID  18424774.
  46. ^ Мартин К.Дж., Холланд П.В. (октябрь 2014 г.). «Загадочные ортологические отношения между кластерами Hox африканской рыбы-бабочки и других костистых рыб после древней дупликации всего генома». Молекулярная биология и эволюция . 31 (10): 2592–2611. doi :10.1093/molbev/msu202. PMC 4166920. PMID  24974377 . 
  47. ^ Dale KJ, Pourquié O (январь 2000). «Часовой механизм сомита». BioEssays . 22 (1): 72–83. doi :10.1002/(sici)1521-1878(200001)22:1<72::aid-bies12>3.0.co;2-s. PMID  10649293.
  48. ^ Mallo M, Wellik DM, Deschamps J (август 2010 г.). «Hox-гены и региональное строение тела позвоночных». Developmental Biology . 344 (1): 7–15. doi :10.1016/j.ydbio.2010.04.024. PMC 2909379. PMID  20435029 . 
  49. ^ Дэниелс Л.К. (январь 1976 г.). «Быстрая десенсибилизация фобии инъекций в условиях клиники и на живых организмах с использованием гипноза». Американский журнал клинического гипноза . 18 (3): 200–203. doi :10.1080/00029157.1976.10403798. PMID  2005.
  50. ^ Hrycaj SM, Wellik DM (2016-05-10). "Hox-гены и эволюция". F1000Research . 5 : 859. doi : 10.12688/f1000research.7663.1 . PMC 4863668 . PMID  27239281. 
  51. ^ Suemori H, Noguchi S (апрель 2000 г.). «Гены кластера Hox C не являются обязательными для общего плана строения тела эмбрионального развития мыши». Developmental Biology . 220 (2): 333–342. doi : 10.1006/dbio.2000.9651 . PMID  10753520.
  52. ^ Woltering JM (июнь 2012 г.). «От ящерицы к змее; за эволюцией экстремального плана тела». Current Genomics . 13 (4): 289–299. doi :10.2174/138920212800793302. PMC 3394116. PMID  23204918 . 
  53. ^ Mansfield JH (июнь 2013 г.). «цис-регуляторные изменения, связанные с эволюцией плана тела змеи». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (26): 10473–10474. Bibcode : 2013PNAS..11010473M . doi : 10.1073/pnas.1307778110 . PMC 3696806. PMID  23749870. 
  54. ^ Холланд Л.З., Альбалат Р., Азуми К., Бенито-Гутьеррес Э., Блоу М.Дж., Броннер-Фрейзер М. и др. (июль 2008 г.). «Геном амфиоксуса проливает свет на происхождение позвоночных и биологию головохордовых». Genome Research . 18 (7): 1100–1111. doi :10.1101/gr.073676.107. PMC 2493399 . PMID  18562680. 
  55. ^ Gauchat D, Mazet F, Berney C, Schummer M, Kreger S, Pawlowski J, et al. (апрель 2000 г.). «Эволюция генов класса Antp и дифференциальная экспрессия генов Hox/paraHox Hydra в переднем паттернировании». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (9): 4493–4498. doi : 10.1073/pnas.97.9.4493 . PMC 18262. PMID  10781050 . 
  56. ^ Gąsiorowski L, Hejnol A (2018). "Экспрессия гена Hox у постметаморфических ювенильных особей плеченогих Terebratalia transversa". EvoDevo . 10 : 1. bioRxiv 10.1101/449488 . doi : 10.1186/s13227-018-0114-1 . PMC 6325747 . PMID  30637095.  
  57. ^ Кулакова М, Бакаленко Н, Новикова Е, Кук CE, Елисеева Е, Штейнмец PR и др. (январь 2007 г.). «Экспрессия гена Hox в личиночном развитии полихет Nereis virens и Platynereis dumerilii (Annelida, Lophotrochozoa)». Гены развития и эволюция . 217 (1): 39–54. дои : 10.1007/s00427-006-0119-y. PMID  17180685. S2CID  7314266.
  58. ^ Lee PN, Callaerts P, De Couet HG, Martindale MQ (август 2003 г.). «Гены Hox головоногих моллюсков и происхождение морфологических новшеств». Nature . 424 (6952): 1061–1065. Bibcode :2003Natur.424.1061L. doi :10.1038/nature01872. PMID  12944969. S2CID  4317828.
  59. ^ Gehring WJ (1998). Главные гены управления в развитии и эволюции: история гомеобокса . Издательство Йельского университета.
  60. ^ Nüsslein-Volhard C, Wieschaus E (октябрь 1980 г.). «Мутации, влияющие на количество сегментов и полярность у дрозофилы». Nature . 287 (5785): 795–801. Bibcode :1980Natur.287..795N. doi :10.1038/287795a0. PMID  6776413. S2CID  4337658.
  61. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1995 года". Nobelprize.org .

Дальнейшее чтение