Genes Hox: descoberta, características e evolução - Ciência - 2023

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o genes Hox Eles são uma grande família de genes responsáveis por regular o desenvolvimento das estruturas do corpo. Eles foram encontrados em todos os metazoários e em outras linhagens, como plantas e animais. Portanto, eles são caracterizados por serem evolutivamente muito conservados.

Esses genes funcionam da seguinte maneira: codificam um fator de transcrição - uma proteína capaz de interagir com o DNA - que se expressa em uma área específica do indivíduo desde os primeiros estágios de desenvolvimento. Essa sequência de ligação ao DNA é chamada de homeobox.

Com quase 30 anos de pesquisa na área, cientistas estudaram diferentes linhagens e chegaram à conclusão de que os padrões de expressão desses genes estão fortemente associados à regionalização dos eixos corporais.

Esta evidência sugere que os genes Hox Eles desempenharam um papel indispensável na evolução dos planos corporais dos seres vivos, particularmente em Bilateria. Assim, os genes Hox tornaram possível explicar a magnífica diversidade das formas animais, de uma perspectiva molecular.

Em nós, humanos, existem 39 genes Hox. Estes são agrupados em quatro grupo ou grupos, localizados em cromossomos diferentes: 7p15, 17q21.2, 12q13 e 2q31.

Descoberta

A descoberta dos genes Hox foi um marco na biologia evolutiva e do desenvolvimento. Esses genes foram descobertos entre os anos 70 e 80, graças à observação de duas mutações-chave na mosca da fruta, Drosophila melanogaster.

Uma das mutações, antennapedia, transforma as antenas em pernas, enquanto a mutação bitórax causa a transformação de halteres (estruturas modificadas, típicas de insetos alados) em outro par de asas.

Como pode ser visto, quando os genes Hox possuir mutações, o resultado disso é bastante dramático. E, como em Drosophila, a mudança leva à formação de estruturas nos lugares errados.

Antes da descoberta dos genes Hox, a maioria dos biólogos achava que a diversidade morfológica era sustentada pela variedade no nível do DNA. Era lógico supor que as diferenças óbvias entre uma baleia e um colibri, por exemplo, deviam ser refletidas em termos genéticos.

Com a chegada dos genes Hox, esse pensamento deu uma guinada completa, dando lugar a um novo paradigma na biologia: uma via comum de desenvolvimento genético que unifica a ontogenia dos metazoários.

O que são genes Hox?

Antes de definir o conceito de genes Hox, é essencial saber o que é um gene e como funciona. Genes são sequências de DNA cuja mensagem é expressa em um fenótipo.

A mensagem do DNA é escrita em nucleotídeos, em alguns casos estes passam para um RNA mensageiro e este é traduzido pelos ribossomos em uma sequência de aminoácidos - os "blocos de construção" estruturais das proteínas.

Os genes Hox eles são a classe mais conhecida de genes homeóticos, cuja função é controlar padrões específicos de estruturas corporais. São encarregados de controlar a identidade dos segmentos ao longo do eixo ântero-posterior dos animais.

Pertencem a uma única família de genes que codifica uma proteína que possui uma sequência de aminoácidos específica capaz de interagir com a molécula de DNA.

É daí que vem o termo homeobox para descrever esta seção do gene, enquanto na proteína é chamada de homeodomínio. A sequência homeobox tem uma sequência de 180 pares de bases e esses domínios são evolutivamente altamente conservados entre os diferentes Filos.

Graças a esta interação com o DNA, os genes Hox eles são capazes de regular a transcrição de outros genes.

Terminologia

Os genes envolvidos nessas funções morfológicas são chamados loci homeótica. No reino animal, os mais importantes são conhecidos como loci HOM (em invertebrados) e loci Hox (em vertebrados). No entanto, eles são geralmente conhecidos como loci Hox.

Caracteristicas

Os genes Hox Eles têm uma série de características muito peculiares e interessantes. Esses aspectos-chave ajudam a compreender seu funcionamento e seu papel potencial na biologia evolutiva.

Esses genes são organizados em "complexos de genes", o que significa que estão localizados próximos uns dos outros nos cromossomos - em termos de sua localização espacial.

A segunda característica é a surpreendente correlação que existe entre a ordem dos genes na sequência de DNA e a localização ântero-posterior dos produtos desses genes no embrião. Literalmente, os genes que vão "para a frente" estão nessa posição.

Da mesma forma, além da colinearidade espacial, existe uma correlação temporal. Os genes localizados na extremidade 3 'ocorrem mais cedo no desenvolvimento do indivíduo, em comparação com aqueles encontrados mais atrás.

Os genes Hox pertencem à classe chamada ANTP, que também inclui os genes ParaHox (relacionado a estes), genes NK e outros.

Evolução dos genes Hox

Nenhum gene da classe ANTP era dos Metazoários. Na evolução evolutiva desse grupo animal, os poríferos foram o primeiro grupo a se separar, seguidos pelos cnidários. Essas duas linhagens representam os dois grupos basais de bilaterais.

Análise genética realizada na famosa esponja Amphimedon queenslandica - sua fama se deve aos genes para o sistema nervoso - revelaram que este porífero possui vários genes do tipo NK, mas nenhum gene Hox ou ParaHox.

Nenhum gene foi relatado em cnidários Hox como tal, cumprem as características mencionadas. No entanto, existem genes Hox-like.

Por outro lado, os invertebrados têm um único agrupamento de genes Hox, enquanto os vertebrados possuem múltiplas cópias. Esse fato foi crucial e inspirou o desenvolvimento de teorias sobre a evolução do grupo.

Origem dos vertebrados

A visão clássica desse aspecto argumenta que os quatro agrupamentos de genes no genoma humano se originaram graças a duas rodadas de replicação de todo o genoma. No entanto, o desenvolvimento de novas tecnologias de sequenciamento lançou dúvidas sobre a teoria.

Novas evidências suportam a hipótese relacionada a eventos de pequena escala (duplicação de segmento, duplicação individual de genes e translocações) que alcançaram o alto número de genes Hox que observamos hoje neste grupo.

Referências

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