A már említett tavaly decemberi Nature Reviews Genetics melléklet egy másik cikke a testfelépítés létrejöttében kulcsszerepet játszó homeobox (Hox) génekkel foglalkozik, pontosabban azzal, hogy miként is variálódhat ezek funkciója.[1] A Hox gének a test hosszanti felosztásáért felelnek, expressziójuk (illetve különböző Hox gének expressziójának kombinációja) meghatározza, hogy adott pozícióban milyen struktúrák (pl. végtagok) fejlődnek. Két igen érdekes tulajdonságuk van: egyrész a többsejtű állatokban szinte univerzálisak és ugyanazt a funkciót látják el (1. Ábra), másrészt a kromoszómákon egymás mellett találhatóak és jellegezetes időbeli és térbeli kollinearitást mutat a genomban való elhelyezkedésük: vagyis az a gén amelyik a "sorban" előrébb található általában hamarabb és a fejhez közelebbi területen jut kifejeződésre.


1. Ábra: A homebox gének mind a testtengely mentén való expressziója, mind a kromoszómákon való helyzete igen hasonló a legkülönbözőbb fajok között.[1]

Annak ellenére, hogy rengetegen foglalkoznak ezekkel a génekkel, hosszú évek óta, a szabályozásukról illetve a kollinearitás okáról még mindig csak halvány sejtéseink vannak. Tudjuk, hogy az egyes Hox gének képesek egymás expresszióját szabályozni, és nemrég arra is fény derült, hogy rövid, nem kódoló, de egyes gének végső szakaszával komplementer mRNS molekulák (miRNA) is szabályozhatják a kifejeződésüket (ezek a génről átíródott mRNS-hez kötődve serkentik annak lebontását) (2. Ábra). A kollinearitás oka egyesek szerint a kromoszómák, pontosabban az ún. kromatin szerkezetében kereshető. A DNS molekula ugyanis jellegzetes módon ösze van csomagolva, és általában csak az éppen átíródó gének körül lazul fel ez a csomagolás (az ilyen laza csomagolódású DNS alkotja az ún. eukromatint). Mivel a Hox gének fizikailag egymás után találhatók a kromoszómán, elképzelhető, hogy amikor ezen gének átírásra kerülnek a csomagolás legelől nyílik először fel, és az eukromatinná való alakulás csak fokozatosan terjed tova, ami időbeli eltolódást okoz a hátrébb lelhető gének kifejeződésében.


2. Ábra: A homebox gének szabályozása is evolúciósan konzervált: mind a zebrahal, mind a muslica fejlődő egyedeiben igen hasonló expressziója miRNA molekulák szabályozzák egyes Hox gének átírásának helyét.[1]

A Hox gének expressziójának bütykölése az evolúció kedvelt időtöltése, mint azt láttuk a kígyók esetében, de számos egyéb példa is akad: az egyik legelegánsabb a rákfélék csoportjához kapcsolható, ahol kimutatták, hogy az Ubx-Antp homeobox gének expressziója befolyással van arra, hogy egyes rendekben a torhoz kapcsolódó végtagok az étkezésben használatos szervé ún. maxillapédiává módosulnak vagy lábként működnek (3. Ábra).[2]


3. Ábra: A rákfélék között az Ubx-Antp gének expressziója pontosabban annak hiánya szabályozza a tor egyes szelvényein lelhető nyúlványok identitását: ahol az említet gének hiányoznak (fehér) vagy csak igen alacsony szinten vannak jelen (narancssárga), ott a táplálkozásnál használt maxillapédiák alakulnak ki, szemben a magas expressziójú szelvényekkel (piros), ahol lábakat találunk.[2]

Végezetül ugyancsak az ízeltlábúak jóvoltából, arra is tudunk példát mutatni, hogy homeobox gén elveszti a homeotikus funkcióját és más szerepet kap. A Drosophila bicoid (bcd) génje például gazdája hossztengelyének legfontosabb szabályozója: már az mRNS is a pete egyik (leendő elülső) végében koncentrlódik, amely révén egy gradiens jön létre a fehérje szinten. Ez a gradiens szabályozza aztán később más, a testfelépítésben fontos transzkripciós faktorok működését. Azonban, mint az már régebben kiderült ez egy kicsit különc tulajdonsága a muslicáknak és a legtöbb többi rovarban más rendszer felelős a fent leírt szabályozásért. A bcd eredetileg egy Hox3 gén duplikációjával jött létre (erről helyzete is árulkodik, 1. Ábra), majd fokozatosan elvesztette eredeti funkcióját és újat vett fel (részletesebben a Pharyngulán olvashat erről, akit érdekel). A másik példa, szintén Drosikból a fushi-tarazu (ftz) gén esete, amely a Hox6 génből származtatható, és amely fokozatos doméncsereberével egy klasszikus homebox génből, egy a szegmentációt befolyásoló génné alakult (4. Ábra) [3,4].


4. Ábra: Az ízeltlábúakon belül jól követhető amint a fushi-tarazu gén homeotikus génből, szegmentációt szabályozóvá válik.[4]
[1] Pearson JC, Lemons D, McGinnis W. (2005) Modulating Hox gene functions during animal body patterning. Nat Rev Genet. 6(12): 893-904.
[2] Averof M, Patel NH. (1997) Crustacean appendage evolution associated with changes in Hox gene expression. Nature 388: 682-6.
[3] Damen WG. (2002) fushi tarazu: a Hox gene changes its role. Bioessays 24(11): 992-5.
[4] Lohr U, Pick L. (2005) Cofactor-interaction motifs and the cooption of a homeotic Hox protein into the segmentation pathway of Drosophila melanogaster.Curr Biol. 15(7):643-9.
Előzmény: Test, alkat - 1.