HOX GENLERI: KEŞIF, ÖZELLIKLER VE EVRIM - BIYOLOJI - 2025

Hox genleri vücut yapılarının gelişmesini düzenleyen sorumludur büyük gen ailesidir. Tüm metazoanlarda ve bitkiler ve hayvanlar gibi diğer soylarda bulunmuşlardır. Bu nedenle, evrimsel olarak çok korunmuş olmaları ile karakterize edilirler.

Bu genler şu şekilde çalışır: Bireyin belirli bir alanında gelişimin ilk aşamalarından itibaren ifade edilen bir transkripsiyon faktörünü - DNA ile etkileşime girebilen bir protein - kodlarlar. Bu DNA bağlanma dizisine homeobox denir.

Kaynak: Antonio Quesada Díaz, Wikimedia Commons aracılığıyla

Bu alanda yaklaşık 30 yıllık araştırmalarla, bilim adamları farklı soyları incelediler ve bu genlerin ifade modellerinin vücut eksenlerinin bölgeselleştirilmesiyle güçlü bir şekilde ilişkili olduğu sonucuna vardılar.

Bu kanıt, Hox genlerinin, özellikle Bilateria'da, canlıların bedensel planlarının evriminde vazgeçilmez bir rol oynadığını göstermektedir. Böylece, Hox genleri, hayvan formlarının muhteşem çeşitliliğini moleküler bir perspektiften açıklamayı mümkün kılmıştır.

Biz insanlarda 39 Hox geni vardır. Bunlar, farklı kromozomlarda bulunan dört küme veya gruba ayrılır: 7p15, 17q21.2, 12q13 ve 2q31.

keşif

Hox genlerinin keşfi, evrimsel ve gelişimsel biyolojide bir dönüm noktasıydı. Bu genler, meyve sineği Drosophila melanogaster'daki iki anahtar mutasyonun gözlemlenmesi sayesinde 70'ler ve 80'ler arasında keşfedildi.

Mutasyonlardan biri olan antenapedia, antenleri bacaklara dönüştürürken, bithorax mutasyonu halterlerin (kanatlı böceklere özgü modifiye yapılar) başka bir kanat çiftine dönüşmesine neden olur.

Görüldüğü gibi, Hox genlerinde mutasyon olduğunda bunun sonucu oldukça dramatiktir. Ve Drosophila'da olduğu gibi, değişim yapıların yanlış yerlerde oluşmasına neden oluyor.

Hox genlerinin keşfinden önce çoğu biyolog, morfolojik çeşitliliğin DNA seviyesindeki çeşitlilik tarafından desteklendiğine inanıyordu. Örneğin bir balina ile sinekkuşu arasındaki bariz farklılıkların genetik terimlerle yansıtılması gerektiğini varsaymak mantıklıydı.

Hox genlerinin ortaya çıkışıyla, bu düşünce tam bir dönüş yaptı ve biyolojide yeni bir paradigmaya yol açtı: Metazoalıların ontogenisini birleştiren ortak bir genetik gelişim yolu.

Hox genleri nelerdir?

Hox genleri kavramını tanımlamadan önce, bir genin ne olduğunu ve nasıl çalıştığını bilmek önemlidir. Genler, mesajı bir fenotipte ifade edilen DNA dizileridir.

DNA'nın mesajı nükleotidlerde yazılır, bazı durumlarda bunlar bir haberci RNA'ya geçer ve bu ribozomlar tarafından bir amino asit dizisine - proteinlerin yapısal "yapı taşları" na çevrilir.

Hox genleri, işlevi vücut yapılarının belirli modellerini kontrol etmek olan en iyi bilinen homeotik gen sınıfıdır. Bunlar, hayvanların ön-arka ekseni boyunca bölümlerin kimliğini kontrol etmekten sorumludur.

DNA molekülü ile etkileşime girebilen belirli bir amino asit dizisine sahip bir proteini kodlayan tek bir gen ailesine aittirler.

Bu, homeobox teriminin gendeki bu bölümü tanımlamak için geldiği yerdir, proteinde ise buna homeodomain denir. Homeobox dizisi, 180 baz çiftli bir diziye sahiptir ve bu alanlar, farklı Phyla'lar arasında evrimsel olarak yüksek oranda korunmuştur.

DNA ile bu etkileşim sayesinde, Hox genleri diğer genlerin transkripsiyonunu düzenleyebilir.

terminoloji

Bu morfolojik işlevlerde yer alan genlere homeotik lokuslar denir. Hayvanlar aleminde, en önemlileri HOM lokusları (omurgasızlarda) ve Hox lokusları (omurgalılarda) olarak bilinir. Bununla birlikte, genellikle Hox lokusları olarak bilinirler.

karakteristikleri

Hox genlerinin bir dizi tuhaf ve ilginç özelliği vardır. Bu anahtar yönler, işlevini ve evrimsel biyolojideki potansiyel rolünü anlamaya yardımcı olur.

Bu genler, "gen kompleksleri" halinde düzenlenmiştir, bu da kromozomlar üzerinde uzamsal konumları açısından birbirlerine yakın oldukları anlamına gelir.

İkinci özellik, DNA dizisindeki genlerin sırası ile bu genlerin ürünlerinin embriyodaki anteroposterior konumu arasında var olan şaşırtıcı korelasyondur. Kelimenin tam anlamıyla "ileri" giden genler bu konumdadır.

Benzer şekilde, uzamsal eşdoğrusallığa ek olarak, zamansal bir korelasyon vardır. 3 'ucunda bulunan genler, daha önce bulunanlara kıyasla bireyin gelişiminde daha erken ortaya çıkar.

Hox genleri, ParaHox genlerini (bunlarla ilgili), NK genlerini ve diğerlerini de içeren ANTP adlı bir sınıfa aittir.

Genlerin evrimi

ANTP sınıfının hiçbir geni Metazoalılardan gelmedi. Bu hayvan grubunun evrimsel gelişiminde, ilk ayrılan grup poriferlerdi, ardından cnidaryanlar geldi. Bu iki soy, iki taraflı iki bazal grubunu temsil eder.

Ünlü sünger Amphimedon queenslandica üzerinde yapılan genetik analiz - şöhreti sinir sistemi genlerinden kaynaklanıyor - bu gözenekli süngerin NK tipinde birkaç gene sahip olduğunu, ancak Hox veya ParaHox genlerinin bulunmadığını ortaya çıkardı.

Hox genleri, yukarıda belirtilen özellikleri karşılayan Knidaryanlarda rapor edilmemiştir. Bununla birlikte, Hox benzeri genler vardır.

Öte yandan, omurgasızlar tek bir Hox geni kümesine sahipken, omurgalılar birden fazla kopyaya sahiptir. Bu gerçek çok önemliydi ve grubun evrimi hakkındaki teorilerin gelişmesine ilham verdi.

Omurgalıların kökeni

Bu yönün klasik görüşü, insan genomundaki dört gen kümesinin, tüm genomun iki replikasyon döngüsü sayesinde ortaya çıktığını savunuyor. Bununla birlikte, yeni sıralama teknolojilerinin gelişimi teoriye şüphe uyandırmıştır.

Yeni kanıt, bugün bu grupta gözlemlediğimiz yüksek sayıda Hox genine ulaşan küçük ölçekli olaylarla (segment duplikasyonu, genlerin bireysel kopyalanması ve translokasyonlar) ilgili hipotezi desteklemektedir.

Referanslar

1. Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F.,… & Boncinelli, E. (1989). İnsan HOX gen ailesi. Nükleik asit araştırması, 17 (24), 10385-10402.
2. Ferner, DE (2011). Evrim, gelişim ve genomikte Hox ve ParaHox genleri. Genomik, proteomik ve biyoinformatik, 9 (3), 63-4.
3. Hrycaj, SM ve Wellik, DM (2016). Hox genleri ve evrimi. F1000Research, 5, F1000 Fakülte Rev-859.
4. Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A. ve Halliday, HL (2006). HOX genleri: baştan çıkarıcı bilim, gizemli mekanizmalar. Ulster tıp dergisi, 75 (1), 23-31.
5. Pearson, JC, Lemons, D. ve McGinnis, W. (2005). Hayvan vücudu modellemesi sırasında Hox gen işlevlerini modüle etmek. Doğa İncelemeleri Genetik, 6 (12), 893.