Hox-geenid: definitsioon ja roll embrüonaalses arengus
Hox-geenid on rühm omavahel seotud geene, mis määravad loomade põhistruktuuri ja orientatsiooni. Hox on lühend homeoboxist.
Hox-geenid on kriitilise tähtsusega loomade segmendistruktuuride õigeks paigutamiseks varase embrüonaalse arengu ajal (nt jalad, antennid ja tiivad puuviljalindudel või erinevad selgroogsed ribid inimestel).
Hox-geenid on geenikompleks, mille valgud seonduvad sihtgeenide regulatiivsete piirkondadega. Sihtgeenid aktiveerivad või pärsivad seejärel rakuprotsesse, et suunata organismi lõplikku arengut.
Mida Hox-geenid täpsemalt teevad?
Hox-geenid määravad keha telje (antero-posteriorsuunas) eri osade identiteeti: nad annavad rakkudele "aadressi", kus öelda, milline kehaosa peaks antud kohas tekkima. See toimib nii putukatel kui ka imetajatel — põhimõte on evolutsiooniliselt väga hästi säilinud.
Struktuur ja molekulaarne mehhanism
Iga Hox-geen kodeerib valku, mis sisaldab homeodomeeni — ~60 aminohappe pikkust järjestust, mis seondub DNAga ja reguleerib geenide avaldumist. Hox-geenid on tihti paigutunud genoomis järjestikustesse klastritesse; selle järjestuse ja geeni väljendumise ruumilise ning ajaliselt järjepidevuse nähtust nimetatakse kolinearsuseks (spatial ja temporal colinearity).
Hox-valgud ei tööta üksinda — nende aktiivsust mõjutavad ka teised signaalirajad (näiteks vertebraatidel olulised retinoehappe, Wnt- ja FGF-märgistete raja mõjud), kromatiini struktuur ja transkriptsioonifaktorite võrgustikud.
Praktilised näited
- Putukatel, näiteks Drosophila melanogasteril, põhjustab Hox-geeni vale avaldumine sageli nii-nimetatud "homeootilisi" transformatsioone (nt Antennapedia mutatsioon, kus antenni asemel kasvab jalg).
- Vertebraatidel määravad HOX-geenid selgroo eri osade, ribide ja ka jäsemete positsiooni ja identiteeti. Inimestel on HOX-geenid jaotunud mitmesse klastrisse (nt HOXA, HOXB, HOXC, HOXD).
Mutatsioonid ja meditsiiniline tähendus
Hox-geenide mutatsioonid võivad põhjustada sünnidefekte, mis mõjutavad selgroogu, jäsemeid või muid segmente. Lisaks osutavad uuringud, et HOX-geenide ebanormaalne avaldumine võib olla seotud mõnede vähiliikidega, kuigi see on keerukas ja spetsiifiline teema iga vähitüübi puhul.
Evolutsiooniline tähtsus
Hox-geenide järjestus ja funktsioon on paljudes loomaliikides säilinud, mis võimaldab selgitada, kuidas eri liigid arendavad vastavaid kehaosi erineva kujunduse ja suurusega. Geneetilised koopiad ja nende eristumine läbi evolutsiooni võimaldavad tekkinud uutel segment-tüüpidel ja vormidel välja areneda.
Kuidas Hox-geene uuritakse?
- Laboriuuringutes kasutatakse geneetilisi mutante, geeninokkauurteid (knockout/knock-in), RNA-interferentsi ja tänapäevaseid CRISPR-tehnikaid.
- Geeni avaldumist jälgitakse meetoditega nagu in situ hibridiseerimine ja RNA-sekveneerimine, et määrata, kus ja millal iga Hox-geen on aktiivne embrüos.
Kokkuvõte
Hox-geenid on võtmerolliga transkriptsioonifaktorid, mis juhivad keha segmentide identiteeti ja paigutust embrüonaalses arengus. Nende korrektne ajastus ja paiknemine on hädavajalik normaalse kehaehituse jaoks; väikesed muutused avaldumisrežiimis võivad viia suuri morfoloogilisi muutusieni. Hox-geenide uurimine annab olulist teavet nii arengubioloogia, evolutsiooni kui ka meditsiiniliste seisundite mõistmiseks.
lihtne kollineaarsuse diagramm
Homeobox geenide ekspressioon Drosophila melanogasteris
Hox-geenide järjestus
Mõnel organismil, eriti selgroogsetel, asuvad erinevad Hox-geenid kromosoomil üksteisele väga lähedal rühmades või klastrites.
Geenide järjestus kromosoomil on sama, mis geenide ekspressioon arenevas embrüos. Esimene geen väljendub areneva organismi eesosas. Selle ko-lineaarsuse põhjus ei ole veel täielikult arusaadav. Ülaltoodud diagramm näitab geenide ja valkude ekspressiooni suhet kärbeste puhul.
Leidub kõigis loomades
Homöodomeeni valgu motiiv on enamikul loomadel väga sarnane, kuid meduusidel ja teistel liikidel on erinevusi. Lisaks on üksikute Hox-valkude homöodomeenid paljudel liikidel sarnased.
Seetõttu arvatakse, et Hox-geenide klastrid on tekkinud ühest Hox-geenist tandemgeeni dubleerimise teel. Tõenäoliselt oli kõigi kahepoolsete loomade ühises esivanemas olemas vähemalt seitsmest erinevast Hox-geenist koosnev Hox-geeniklastri.
Inimesed
Inimesel on kokku 39 hox-geeni klastrites neljal kromosoomil.
Seotud leheküljed
- Edward B. Lewis
- Transkriptsioonifaktor
Küsimused ja vastused
K: Mis on Hox-geenid?
V: Hox-geenid on rühm omavahel seotud geene, mis määravad loomade ja taimede põhistruktuuri ja orientatsiooni.
K: Mida tähendab "Hox"?
V: "Hox" tähendab "homeobox".
K: Milline on Hox-geenide roll loomade arengus?
V: Hox-geenid on kriitilise tähtsusega loomade segmendi struktuuride õigeks paigutamiseks varase embrüonaalse arengu ajal (nt jalad, antennid ja tiivad puuviljalindudel või erinevad selgroogsed ribid inimestel).
K: Kuidas Hox-geenid töötavad?
V: Hox-geenid on geenikompleks, mille valgud seonduvad sihtgeenide regulatiivsete piirkondadega. Sihtgeenid aktiveerivad või pärsivad seejärel rakuprotsesse, et suunata organismi lõplikku arengut.
K: Kas Hox-geenid on olulised ainult loomade jaoks?
V: Ei, Hox-geenid on olulised nii loomade kui ka taimede jaoks.
K: Kas Hox-geenide mutatsioonid võivad põhjustada loomadel arenguhäireid?
V: Jah, mutatsioonid Hox-geenides võivad põhjustada loomadel arenguhäireid.
K: Milline on Hox-geenide peamine funktsioon organismi lõplikus arengus?
V: Hox-geenide peamine ülesanne on aktiveerida või pärssida rakuprotsesse, et suunata organismi lõplikku arengut.
