HOX 유전자 : 발견, 특성 및 진화 - 생물학

혹스 유전자는 신체 구조의 개발을 규제하는 책임이 큰 유전자 가족이다. 그들은 모든 후생 동물과 식물과 동물과 같은 다른 혈통에서 발견되었습니다. 따라서 그들은 진화 적으로 매우 보존되어있는 것이 특징입니다.

이 유전자는 다음과 같이 작동합니다 .DNA와 상호 작용할 수있는 단백질 인 전사 인자를 암호화하여 개발 초기 단계부터 개인의 특정 영역에서 발현됩니다. 이 DNA 결합 서열을 호 메오 박스라고합니다.

출처 : Antonio Quesada Díaz, Wikimedia Commons를 통해

이 분야에서 거의 30 년간의 연구를 통해 과학자들은 다양한 계통을 연구했으며 이러한 유전자의 발현 패턴이 신체 축의 지역화와 밀접한 관련이 있다는 결론을 내 렸습니다.

이 증거는 Hox 유전자가 특히 Bilateria에서 생명체의 신체 계획의 진화에 없어서는 안될 역할을했다는 것을 암시합니다. 따라서 Hox 유전자는 분자 적 관점에서 동물 형태의 엄청난 다양성을 설명하는 것을 가능하게했습니다.

우리 인간에게는 39 개의 Hox 유전자가 있습니다. 이들은 7p15, 17q21.2, 12q13 및 2q31의 다른 염색체에 위치한 네 개의 클러스터 또는 그룹으로 그룹화됩니다.

발견

Hox 유전자의 발견은 진화 및 발달 생물학의 이정표였습니다. 이 유전자는 초파리 인 Drosophila melanogaster의 두 가지 주요 돌연변이 관찰 덕분에 70 년대와 80 년대 사이에 발견되었습니다.

돌연변이 중 하나 인 antennapedia는 더듬이를 다리로 변형시키는 반면, bithorax 돌연변이는 고삐 (날개 달린 곤충의 전형적인 변형 된 구조)를 다른 한 쌍의 날개로 변형시킵니다.

보시다시피 Hox 유전자에 돌연변이가있을 때 그 결과는 상당히 극적입니다. 그리고 Drosophila에서와 같이 변화는 잘못된 위치에 구조를 형성합니다.

Hox 유전자가 발견되기 전에 대부분의 생물 학자들은 형태 학적 다양성이 DNA 수준의 다양성에 의해 뒷받침된다고 믿었습니다. 예를 들어 고래와 벌새의 명백한 차이점이 유전 적 용어에 반영되어야한다고 가정하는 것은 논리적이었습니다.

Hox 유전자의 출현으로이 사고는 완전히 전환되어 생물학의 새로운 패러다임, 즉 후생 동물의 개체 발생을 통합하는 유전 발달의 공통 경로로 나아갔습니다.

Hox 유전자의 개념을 정의하기 전에 유전자가 무엇이며 어떻게 작동하는지 아는 것이 중요합니다. 유전자는 메시지가 표현형으로 표현되는 DNA 서열입니다.

DNA의 메시지는 뉴클레오타이드로 작성되며, 어떤 경우에는 메신저 RNA로 전달되며, 이것은 리보솜에 의해 아미노산 시퀀스 (단백질의 구조적 "구성 요소")로 번역됩니다.

Hox 유전자는 신체 구조의 특정 패턴을 제어하는 기능을하는 가장 잘 알려진 종류의 homeotic 유전자입니다. 이들은 동물의 전후 축을 따라 세그먼트의 정체성을 제어하는 역할을합니다.

이들은 DNA 분자와 상호 작용할 수있는 특정 아미노산 서열을 가진 단백질을 암호화하는 단일 유전자 패밀리에 속합니다.

이것은 호 메오 박스라는 용어가 유전자에서이 섹션을 설명하기 위해 유래 된 곳이며 단백질에서는 호 메오 도메인이라고합니다. 호 메오 박스 서열은 180 개 염기쌍의 서열을 가지며 이들 도메인은 서로 다른 Phyla 사이에서 진화 적으로 고도로 보존됩니다.

이러한 DNA와의 상호 작용 덕분에 Hox 유전자는 다른 유전자의 전사를 조절할 수 있습니다.

이러한 형태 학적 기능에 관여하는 유전자를 homeotic loci라고합니다. 동물계에서 가장 중요한 것은 HOM loci (무척추 동물)와 Hox loci (척추 동물)로 알려져 있습니다. 그러나 일반적으로 Hox loci로 알려져 있습니다.

Hox 유전자는 일련의 매우 독특하고 흥미로운 특성을 가지고 있습니다. 이러한 주요 측면은 진화 생물학에서 기능과 잠재적 역할을 이해하는 데 도움이됩니다.

이 유전자는 "유전자 복합체"로 구성되어 있으며, 이는 공간적 위치 측면에서 염색체에서 서로 가깝다는 것을 의미합니다.

두 번째 특징은 DNA 서열의 유전자 순서와 배아에서 이러한 유전자의 생성물의 전후 위치 사이에 존재하는 놀라운 상관 관계입니다. 말 그대로 "전진"하는 유전자는 그 위치에 있습니다.

마찬가지로 공간 공선 성 외에도 시간적 상관 관계가 있습니다. 3 '끝에 위치한 유전자는 더 뒤쪽에서 발견 된 유전자에 비해 개인의 발달 초기에 발생합니다.

Hox 유전자는 ANTP라는 클래스에 속하며 ParaHox 유전자 (관련), NK 유전자 등도 포함됩니다.

ANTP 클래스의 유전자는 후생 동물에서 유래하지 않았습니다. 이 동물 그룹의 진화 적 진화에서, 포 리퍼러 스는 분리 된 첫 번째 그룹이었고, 그다음은 냉소적이었습니다. 이 두 계보는 양측의 두 가지 기본 그룹을 나타냅니다.

유명한 스펀지 Amphimedon queenslandica에 대해 수행 된 유전자 분석 (그 명성은 신경계 유전자 때문입니다)은이 포 리퍼러 스가 NK 유형의 여러 유전자를 가지고 있지만 Hox 또는 ParaHox 유전자는 없음을 밝혀 냈습니다.

이와 같은 Hox 유전자는 앞서 언급 한 특성을 충족하는 냉소에서보고되지 않았습니다. 그러나 Hox와 유사한 유전자가 있습니다.

반면에, 무척추 동물은 Hox 유전자의 단일 클러스터를 가지고있는 반면 척추 동물은 여러 복사본을 가지고 있습니다. 이 사실은 매우 중요했으며 그룹의 진화에 관한 이론 개발에 영감을주었습니다.

이 측면에 대한 고전적 견해는 인간 게놈에서 4 개의 유전자 클러스터가 전체 게놈의 2 회 복제 덕분에 유래했다고 주장합니다. 그러나 새로운 시퀀싱 기술의 개발은 이론에 의문을 제기했습니다.

새로운 증거는 오늘날 우리가이 그룹에서 관찰하는 많은 수의 Hox 유전자를 달성 한 소규모 사건 (세그먼트 복제, 유전자의 개별 복제 및 전좌)과 관련된 가설을 선호합니다.

Acampora, D., D' esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F.,… & Boncinelli, E. (1989). 인간 HOX 유전자 패밀리. 핵산 연구, 17 (24), 10385-10402.
Ferner, DE (2011). 진화, 발달 및 유전체학에서 Hox 및 ParaHox 유전자. Genomics, proteomics & bioinformatics, 9 (3), 63-4.
Hrycaj, SM, & Wellik, DM (2016). Hox 유전자와 진화. F1000Research, 5, F1000 교수 Rev-859.
Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A., & Halliday, HL (2006). HOX 유전자 : 매혹적인 과학, 신비한 메커니즘. Ulster 의학 저널, 75 (1), 23-31.
Pearson, JC, Lemons, D., & McGinnis, W. (2005). 동물 신체 패턴 화 동안 Hox 유전자 기능 조절. Nature Reviews Genetics, 6 (12), 893.