Hox genleri özgürlüğü buldu - ve yılanlar bacaklarını kaybetti

Kaybettiğimiz Genler Hominidlerin evrimine sadece kazanımlar değil, aynı zamanda kayıplar da eşlik etti. Şempanzelerde ve diğer maymunlarda normal olarak çalışan bazı genler insanlarda kapanmış, sessiz psödojenlere dönüşmüştür. 1999 yılında Maynard Olson,

Amerika Birleşik Devletleri'nden bilim adamları, diğer proteinlerin sentezini kontrol eden proteinler olan transkripsiyon faktörlerinin canlı bir organizmada nasıl çalıştığını genomdan tahmin edebilen bir algoritma oluşturdular. PNAS'ta yayınlanan araştırma.

Birçok organizmanın DNA dizileri zaten okunmuş olmasına rağmen, bilim adamları henüz nasıl çalıştıklarını tam olarak anlamış değiller. Bu gizemlerden biri uzun zamandır bir organizmanın büyümesini ve parçalarının doğru yerlerde gelişmesini kontrol eden Hox genleridir. Drosophila larvasının kafasına önde büyümesini "komut veren", kanatların ve bacakların nerede ve ne miktarda görüneceğini belirleyen onlardır. Bu gen grubu memelilerde de mevcuttur.

Hox genleri basit proteinleri değil, transkripsiyon faktörleri adı verilen özel proteinleri kodlar. Bu proteinler, bir dizinin okunmasını çoğaltmak veya engellemek için DNA'nın belirli bölgelerine bağlanan diğer birçok gen için "anahtarlar" görevi görür. Bu, Hox genlerinin embriyonun gelişimini "düzenlemesine" izin verir. Ancak bilim adamları garip bir özelliği fark ettiler: Her bir Hox geni vücudun farklı bölümlerinin büyümesinden ve gelişmesinden sorumlu olmasına rağmen, hepsi aynı DNA dizilerine güçlü bir şekilde bağlanır.

2015 yılında Columbia Üniversitesi'ndeki genetikçiler, bu transkripsiyon faktörlerinin DNA'nın diğer birçok bölgesine bağlandığını, ancak çok daha zayıf olduğunu buldular. Bilim adamları, bu zayıf bağların Hox genlerinin nasıl çalıştığını anlamanın anahtarı olduğunu fark ettiler. Ancak hepsini genomda bulmak kolay olmadı. Bunun için genetikçiler, SELEX-seq adını verdikleri yeni bir dizileme yöntemi (DNA dizilerini okuma) oluşturdular. Bu yaklaşım aynı bölgenin art arda birçok kez dizilenmesini gerektirdi, ancak bağlanmanın zayıf olduğu önemli bölgeler hakkında bilgi vermedi. Teknolojinin yazarlarından biri, Columbia'da Higgins Biyokimya ve Moleküler Biyofizik Profesörü Richard Mann, "Aynı paragrafı Google Translate'de tekrar tekrar çalıştırmak gibiydi, ancak sonunda kelimelerin yalnızca %10'u düzgün bir şekilde çevrildi" dedi. Üniversite...

Araştırmacılar, bu deneyde DNA dizilerinin neden bu şekilde davrandığını anlamak için yeni bir algoritma oluşturdu. Algoritma Geride Okuma Yok veya NRLB (kelimenin tam anlamıyla "hiçbir okuma unutulmadı") olarak adlandırıldı. Bu algoritma, DNA bölgelerinin transkripsiyon faktörlerine bağlanma gücünü değerlendirebilen ilk nicel yöntemdi. Ek olarak, zayıf bağlanma bölgeleri için bile, belirli mutasyonların Drosophila embriyolarındaki gen ekspresyonu seviyesi üzerindeki etkisini doğru bir şekilde tahmin edebildi.

Genomda yaklaşık %10 transkripsiyon faktörü vardır ve bunların farklı dizilere bağlanma güçleri binlerce kez değişebilir. Bu nedenle, çalışma sadece Hox genlerini incelemek bağlamında değil, aynı zamanda genomun nasıl çalıştığını anlamamız için de önemlidir.

Malzemeyi beğendin mi? "Kaynaklarım" Yandex.Haberler ve bizi daha sık okuyun.

Hox genleri, hayvanların vücut modelini belirler. Doğru miktarda, doğru yerde ve embriyonik gelişimin doğru anında ifade edilmeleri çok önemlidir, aksi takdirde tüm vücut devresi bozulur. Bu genler için, bir tür proteini diğerlerinden ayırmayı mümkün kılan özel bir tür çeviri düzenlemesi olduğu ortaya çıktı. MRNA'ları, çeviriyi tetikleyebilen IRES benzeri bölgelere sahiptir. Bu durumda, bu proteinler için başlığa bağlı çeviri kapatılır.

Hox genleri çalışma için önemli bir konudur

Yayın başlatma farklı

Yani, bir hücrenin genetik materyali DNA'da kodlanmıştır. DNA'dan belirli bir RNA türü okunur ve RNA'dan bir protein okunur. Bu RNA tipine haberci RNA denir. kesin bir yapısı vardır. Bu lineer bir moleküldür, sırasıyla 5'- ve 3'-uçları olarak adlandırılan 2 ucu vardır. 5' ucunda özel bir yapı var - ... Protein fabrikasını kendine çektiği için RNA matrisinde protein sentezine başlamak gerekir - .

Bu bizde olur ama virüslerde olmaz. Daha doğrusu, tüm virüsler değil. Bazılarının RNA'da protein sentezini başlatan başka yapıları vardır - ... Böylece, memelilerin RNA'sında, virüslerin IRES'ine benzer yapıların bazen bulunduğu ortaya çıktı. Aynı zamanda kap da mevcuttur. Ribozomun iki çekim sinyali ile RNA ortaya çıkıyor. Bu ilginç fenomen genellikle önemli biyolojik sonuçlara sahiptir. Örneğin, stres altında, başlığa bağlı translasyon başlatması bastırılır. Ancak bazı proteinlerin stres altında da sentezlenmesi gerekir. İşte o zaman hücre IRES kullanır. Ve böyle bir karma sistemin normal, şoksuz koşullar altında nasıl çalıştığı büyük bir gizemdir. Hücresel IRES birbirine benzemez ve organizmanın gelişimindeki rolleri net değildir. Hox genlerinin düzenlenmesini inceleyen bilim adamları bu soruya bir cevap bulmaya çalıştılar.

Hox genlerinin mRNA'sında IRES virüsleri var mı?

İlginç bir şekilde, mRNA'lardaki bazı Hox genleri, IRES'in varlığını düşündürür. Ayrıca, ribozomu çeken ve protein sentezini tetikleyen IRES'tir. İlk deneysel kanıt, bu hipotezin lehine zaten sunulmuştur. Bilim adamları ayrıca, başlığa bağlı protein sentezini bloke eden başka bir özel düzenleyici element - translasyon inhibitör element (TIE) keşfettiler. Engelleme elemanının görünümü, hem kapak yapısı hem de IRES mevcut olduğunda neden yalnızca IRES'in çalıştığını açıklar.

IRES neden bir kapaktan daha iyidir?

Varsayılan IRES'in bulunduğu RNA bölgesinin önemi bu durumda deneysel olarak doğrulandı. Farelerin Hox genlerinden biri IRES'in çıkarılmasıyla mutasyona uğratılırsa, farenin anormal şekilde gelişeceği gösterilmiştir (bkz. Şekil 1).

Şekil 1. Hox genlerinden biri olan Hoha9'da 5'-çevrilmemiş bölgede silinen farelerin iskeletinin gelişimindeki patolojiler. Bilim adamları, Hox genlerinden birinde IRES'in hasar gördüğü bir fare dizisi geliştirdiler. Bu fareler anormal şekilde gelişir. İskelet yapıları bozulur: örneğin yeterli kaburga yoktur (siyah oklar eksik kaburgaları gösterir). Diğer patolojiler de gözlenir. Resimden.

Hox genlerinde kodlanan çok önemli proteinler için IRES'in kaptan daha iyi olduğuna inanılmaktadır. Bunun nedeni, başlık yapısının tüm mRNA'lar için aynı olması olabilir. Ve IRES farklıdır. Yani vücudun yapısını belirleyen proteinlere bireysel bir yaklaşım gereklidir. Sentezin başlangıcı bile düzenlemenin önemli bir aşamasıdır ve bu tür her bir protein için benzersiz olmalıdır.

Terimler Sözlüğü:

• IRES (Dahili Ribozom Giriş Sitesi) - dahili ribozom ekim yeri.
• Hox genleri, bir organizmanın gelişimi sırasında organların ve dokuların oluşumunu düzenleyen transkripsiyon faktörlerini kodlayan bir gen ailesidir.
• Silme, bir DNA molekülünün bir parçasının çıkarılmasıdır.
• Cap - 7-metilguanozin - haberci RNA'ların 5'-ucundaki yapı.
• Ribozom, RNA ve proteinlerden oluşan bir komplekstir ve haberci RNA (mRNA) tarafından sağlanan genetik bilgiye dayalı olarak belirli bir şablona göre amino asitlerden protein sentezine hizmet eder.
• Çeviri - bir RNA şablonunda protein sentezi.
• Kromozom, ökaryotik bir hücrenin çekirdeğinde bulunan DNA ve proteinlerden oluşan bir yapıdır. Genetik bilginin depolanması, uygulanması ve iletilmesi için tasarlanmıştır.
• Ökaryotlar, hücreleri çekirdek içeren canlı organizmalardır.

Edebiyat

1. Alexander, T., Nolte, C. & Krumlauf, R. (2009). Hox genleri ve arka beyin ve eksenel iskeletin segmentasyonu. Annu. Rev. Hücre Geliştirme Biol. 25 , 431–456 ;
2. Kanatların büyüdüğü genler. Ve bacaklar. Ve diğer herşey ;
3. Vikipedi: «

- ... Vikipedi

- ... Vikipedi

Homeotik genler büyüme ve farklılaşma süreçlerini belirler. Homeotik genler, organların ve dokuların oluşumu için programları kontrol eden transkripsiyon faktörlerini kodlar. Homeotik genlerdeki mutasyonlar, bir parçanın dönüşümüne neden olabilir ... ... Wikipedia

- (İngilizce homeobox) Hayvanlarda, mantarlarda ve bitkilerde gelişimin düzenlenmesinde rol oynayan genlerde bulunan DNA dizisi. Homeobox içeren genler ayrı bir aile oluşturur. En çok çalışılan ve en çok ... ... Wikipedia

Kambriyen patlaması, erken Kambriyen'de (yaklaşık 540 milyon yıl önce) hayvanlar aleminin birçok bölümünün temsilcilerinin fosillerinin fosillerinin veya fosillerinin yokluğunun arka planına karşı fosil yataklarında ani (jeolojik anlamda) ortaya çıkmasıdır ... . .. Vikipedi

Mln. yıl Dönem Dönemi ... Wikipedia

- (İngilizce evrimsel gelişim biyolojisi, evo devo) çeşitli organizmaların ontojenlerini karşılaştıran, aralarında akrabalık bağları kuran ve evrim sürecinde ontogenetik süreçlerin gelişimini ortaya koyan bir biyoloji alanı. O ... ... Vikipedi

Transkripsiyon faktörleri (transkripsiyon faktörleri), DNA'nın belirli bölgelerine bağlanarak bir DNA molekülünden mRNA yapısına (transkripsiyon) bilgi transferini kontrol eden proteinlerdir. Transkripsiyon faktörleri işlevlerini yerine getirir ... ... Wikipedia

DNA ile HOXB7 protein kompleksi. Efsane ... Vikipedi

- (transkripsiyon faktörleri) DNA'nın belirli bölgelerine bağlanarak DNA şablonu (transkripsiyon) üzerinde mRNA sentezi sürecini kontrol eden proteinler. Transkripsiyon faktörleri, işlevlerini bağımsız olarak veya kombinasyon halinde gerçekleştirir ... ... Wikipedia

Kitabın

• Ontogenezin evrimi, ND Ozernyuk, Ontogenezin evrimi, organizmaların evrimsel dönüşümlerine onların ontogenezindeki değişikliklerden kaynaklandığından, evrimsel gelişim biyolojisinin ana sorunu olarak kabul edilir. Entegrasyon ... Kategori:

Hox genleri, çok hücreli hayvanlarda çeşitli vücut bölümlerinin gelişimini düzenleyen geniş bir gen ailesidir. Bu genlerin evrimsel olarak oldukça muhafazakar oldukları uzun zamandır bilinmektedir: birçoğu böcekler ve memeliler gibi uzak organizmalarda bile yaygındır. Ancak bu muhafazakarlık mutlak değildir. Alman genetikçiler tarafından yürütülen Hox gen gruplarından birinin akıbeti hakkında ayrıntılı bir araştırma, bu gruptaki yeni genlerin farklı evrim dallarında birkaç kez ortaya çıktığını gösterdi. Kordalılar ve derisidikenliler gibi nispeten akraba hayvanlarda bile, kümeleri farklıdır. Ve tüm iki taraflı simetrik hayvanların eski ortak ataları, çoğu modern temsilciden önemli ölçüde daha az Hox genine sahipti.

aile genleri hox vücut bölümlerinin farklılaşmasını kontrol eden hayvanların bireysel gelişiminin düzenleyicileri olarak bilinir (bkz: Annelidlerin larvalarında ve yetişkinlerinde Hox genlerinin çalışma programları temelde farklıdır, "Elementler", 27/05/2013). Çoğu hayvan bu genlerden birkaçına sahiptir ve iki önemli özelliği vardır. Birincisi, Hox genlerindeki mutasyonlar, vücudun bazı bölümlerinin diğerlerine dönüşmesiyle bağlantılı özel bir deformite tipine neden olur. Örneğin böceklerde bu, karın bölümlerinin torasik bölümlere veya antenlerin bacaklara dönüşümü olabilir (Şekil 1). Bu etkiye sahip genlere genellikle homeotik denir (ayrıca bkz. Homeotik gen). İkincisi, Hox genleri son derece evrimsel olarak korunmuştur. 30 yıl kadar önce, örneğin böceklerde (meyve sineği) ve omurgalılarda (fare, insan) nükleotid dizilerinin çok yakın olduğu gösterilmiştir.

Böcekler ve omurgalılar hiç de yakın akraba değildir. İki taraflı simetrik iki hayvan için genellikle mümkün olduğu kadar evrim ağacında birbirlerinden bulunurlar (bkz: Yeni veriler hayvanlar aleminin soyağacının açıklığa kavuşturulmasını mümkün kılmıştır, "Elements", 04/10/2008). Yani, ortak ataları aynı zamanda yumuşakçaların, derisidikenlilerin, yassı, yuvarlak ve annelidlerin ortak bir atasıydı ve genel olarak, istisnasız olarak, büyük bir ikili simetrik veya bilateria (Bilateria) grubunun tüm üyeleriydi. Bir fare ve bir sinek ortak bir gene sahipse, bu, bu ortak atada zaten sahip olduğu anlamına gelir.

Bu arada meyve sineği, omurgalılarda tam, birebir karşılığı olan sekiz Hox genine sahiptir (Şekil 2). En azından, bu görüş uzun zamandır yaygındı.

Hox genlerinin bir başka özelliği de, bu genlerin aktivite (ifade) bölgelerinin genellikle hayvanın vücudu boyunca, genlerin kendilerinin fiziksel olarak kromozom üzerinde bulunduğu sırada yer almasıdır (Şekil 2). Buna doğrusallık ilkesi denir. Kolaylık sağlamak için, Hox genleri genellikle gruplara ayrılır: "ön", "orta" ve "arka". Bu isimler, eşdoğrusallık ilkesine göre hem genlerin kendilerinin kromozom üzerindeki yeri hem de vücuttaki ifade alanlarının yeri anlamına gelir.

Uygulamalı Biyoinformatik Laboratuvarı, Biyoloji Bölümü, Universität Konstanz'da yapılan yeni çalışma, merkezi Hox gen grubunun evrimsel kaderine ayrılmıştır. Hem meyve sineğinde hem de omurgalılarda bu grup üçer gen içerir; Drosophila'da onlar denir Antp, Ubx ve abd-A, ve omurgalılarda - hox6, hox7 ve hox8(Şekil 3). Göreceli konumlarına bağlı olarak, bire bir yazışma beklenebilir: gen Antp gene eşleşecek hox6, gen Ubx- gen hox7, gen abd-A- gen hox8... Ama gerçekten öyle mi?

Constance'dan gelen genetikçiler, merkezi Hox genlerinin ilişkisini, onları doğrudan karşılaştırarak anlamaya karar verdiler. Bildiğiniz gibi, her genin ürünü bir proteindir ve bir protein, dizisi deşifre edilip kaydedilebilen bir amino asit zinciridir. Bilinen birçok Hox proteini amino asit dizisi vardır. Özel programların yardımıyla, Alman genetikçiler çiftler halinde birbirleriyle karşılaştırıldıklarında kesinlikle mevcut tüm protein dizileri - merkezi Hox genlerinin ürünleri, ya gen numarasına ya da hangi hayvandan geldiğine "bakmadan". Bu tür bir dizi nesnel karşılaştırma, hangi genlerin ortak bir kökene sahip olduğunu ve hangilerinin olmadığını güvenilir bir şekilde gösterecektir.

Üç merkezi Hox geninden böceklerin ve omurgalıların aslında tek ortak noktası olduğu ortaya çıktı. Bu, böceklerin çağırdığı gendir. Antp, ve omurgalılarda - hox7... Sadece bu gen muhtemelen ortak atalarındaydı. Böceklerin ve omurgalıların diğer merkezi Hox genlerinin ortak hiçbir yanı yoktur; bağımsız gen duplikasyonları (doublings) sonucunda bu gruplarda farklı şekillerde ortaya çıktılar. Örneğin, genler hox6 ve hox8 sadece omurgalılarda bulunur: diğer hayvanların hiçbir genine benzemezler.

Drosophila'daki genin kaderi ilginç çıktı abd-A... O (veya onun yakın "akrabası") sadece böceklerde ve sadece eklembacaklılarda değil, aynı zamanda yumuşakçalar, annelidler ve yassı solucanlar dahil olmak üzere diğer birçok hayvan türünde de bulunur. Görünüşe göre, bu gen büyük bir Protostomia grubu için ortak. Bu grup eklembacaklıları, yumuşakçaları ve neredeyse tüm solucanları içerir. Ancak omurgalılar dahil değildir ve bu gene sahip değildirler.

Ekinoderm ve hemikordat hayvanlarda iki olağandışı merkezi Hox geni bulunmuştur. Bu iki türün yakından ilişkili olduğu düşünülür ve gerçekten de - görünüşe göre evrimsel olarak yeni edinilmiş - benzersiz Hox genleri çok benzerdir. Ancak kordalılarda (özellikle omurgalıları içerir) bu genler değildir. Hemikordatlar, derisidikenliler ve kordalılar birlikte Deuterostomia grubuna aittir. Görünüşe göre elde edilen sonuçlar, yalnızca iki taraflı simetrik hayvanların ortak atasının değil, aynı zamanda döterostomların ortak atasının da yalnızca bir merkezi Hox genine sahip olduğu anlamına gelir.

Doğru, deuterostomların ortak atası da çok uzun zaman önce yaşadı - 500 milyon yıldan fazla. Dolayısıyla Hox genlerinin yüksek muhafazakarlığı genellikle bu sonuçlarla doğrulanır. Ama şimdi bunun mutlak olmadığını açıkça görüyoruz. İki taraflı simetrik tüm hayvanların atası olan varsayımsal "proto-kurt"ta, Hox genleri seti bir fare veya sineğinkiyle aynı değildi (her ne kadar ilk keşiflerin ardından böyle zannedilebilirse de). Hala gözle görülür şekilde daha basitti. Ve karmaşıklığı kademeli olarak, farklı gruplarda farklı şekillerde, birçoğu artık bildiğimiz olaylarla ilerledi.

Constance'tan genetikçilerin çalışmaları, bireysel genlerin evrimsel kaderinin ayrıntılı tanımlarının, örneğin tarihi karakterlerin biyografilerinin analizinden daha kötü olmayan, çok arsa benzeri olabileceğini göstermektedir. Önümüzdeki yıllarda, geniş veri tabanlarına ve en modern yazılımların kullanımına dayanan bu tür çalışmaların giderek daha fazla ortaya çıkması muhtemeldir. Evrimsel genetik, gözlerimizin önünde gelişiminin yeni bir aşamasına giriyor.

Kaynaklar: Stefanie D. Hueber, Jens Rauch, Michael A. Djordjevic, Helen Gunter, Georg F. Weiller, Tancred Frickey. İki taraflı kordlarda merkezi Hox protein türlerinin analizi: Bir Antennapedia / Hox7 benzeri proteinden merkezi Hox proteinlerinin çeşitlendirilmesi üzerine // Gelişimsel Biyoloji(2013, ön baskı).