헉스 유전자

Hox gene

호메오박스 유전자의 하위 집합인 헥스 유전자는 동물의 머리-꼬리 축을 따라 배아의 신체 계획 영역을 지정하는 관련된 유전자들의 그룹이다.Hox 단백질은 '위치'의 특성을 인코딩하고 명시하여 신체의 올바른 위치에 올바른 구조가 형성되도록 합니다.예를 들어, 곤충의 Hox 유전자는 세그먼트(예를 들어, 초파리의 다리, 더듬이, 날개)에 어떤 부속물이 형성될지를 지정하고, 척추동물의 Hox 유전자는 형성될 척추의 유형과 모양을 지정합니다.분할된 동물에서 Hox 단백질은 분할적 또는 위치적 동일성을 부여하지만 실제 세그먼트 자체를 형성하지는 않는다.

섬모 유충의 Hox 유전자에 대한 연구는 그것들이 미래의 성체 조직에서만 발현된다는 것을 보여주었다.점진적인 변형을 가진 유충의 경우 Hox 유전자는 변형을 통해 유지되는 유충 몸체의 조직, 일반적으로 몸통 부분에서 활성화된다.완전한 변성을 가진 유충에서 Hox 유전자는 주로 어린 초기 단계에서 발현되며 일시적인 유충 조직에는 존재하지 않는다.반좌표 종인 Chriscardium californicum의 유충과 Nemertea의 Pilidium 유충은 Hox [1][2]유전자를 발현하지 않는다.

헉스 유전자에 대한 비유는 배우들이 다음에 어떤 장면을 연기해야 할지 결정하는 연극감독의 역할로 만들어질 수 있다.플레이 디렉터가 씬을 잘못된 순서로 호출하면 전체 플레이가 잘못된 순서로 표시됩니다.비슷하게, Hox 유전자의 돌연변이는 신체 일부와 사지를 신체에 따라 잘못된 위치에 둘 수 있다.연극감독처럼, Hox 유전자는 연극에서 활동하거나 스스로 사지 형성에 참여하지 않습니다.

각각의 Hox 유전자의 단백질 생성물은 전사인자이다.각각의 Hox 유전자는 호메오박스로 알려진 잘 보존된 DNA 서열을 포함하고 있는데, 호메오박스는 원래 "Hox"라는 용어가 수축이었다.하지만, 현재 사용법에서 Hox라는 용어는 더 이상 호메오박스와 동등하지 않다. 왜냐하면 Hox 유전자가 호메오박스 염기서열을 가진 유일한 유전자는 아니기 때문이다: 인간은 200개가 넘는 호메오박스 유전자를 가지고 있고 39개가 Hox [3][4]유전자이다.따라서 Hox 유전자는 호메오박스 전사인자 유전자의 서브셋이다.많은 동물에서 염색체 내의 Hox 유전자의 구성은 발달하는 동물의 전후 축을 따라 발현되는 순서와 동일하기 때문에 공진성을 [5][6]나타낸다고 한다.몸에서 잘못된 위치에서 Hox 유전자 생성물이 생성되는 것은 메타플라시아와 관련이 있으며 종양학적 질병에 걸리기 쉽다. 예를 들어 Barrett의 식도는 변경된 Hox 코딩의 결과이며 식도암의 [7]전조이다.

생화학 기능

Hox 유전자의 산물은 Hox 단백질이다.Hox 단백질은 전사 인자의 부분집합으로, 강화제라고 불리는 DNA의 특정 뉴클레오티드 배열에 결합할 수 있는 단백질로 수백 개의 다른 유전자를 활성화하거나 억제합니다.동일한 Hox 단백질은 한 유전자에서는 억제제, 다른 유전자에서는 활성제 역할을 할 수 있습니다.Hox 단백질이 DNA와 결합하는 능력은 호메오도메인으로 언급되는 단백질의 일부에 의해 부여된다.호메오도메인은 60-아미노산 길이의 DNA 결합 도메인이다(해당 180-염기쌍 DNA 배열인 호메오박스에 의해 인코딩됨).이 아미노산 배열은 세 번째 나선에 의해 안정화되는 "나선-돌기-나선"(즉, 호메오도메인 접힘) 모티브로 접힌다.컨센서스 폴리펩타이드 사슬은 [8]다음과 같습니다.Hox 단백질은 종종 매우 다른 유형의 호메오박스 [9]유전자에 의해 암호화된 PBC와 Meis 단백질과 같은 공동 인자와 함께 작용한다. 

Helix 1 Helix 2 Helix 3/4 _______________________________________________________________________________________________________________________________________

보존.

절지동물의 다른 그룹의 신체 세그먼트에서 Hox 유전자의 발현.Hox 유전자 7, 8, 9는 이들 그룹에 대응하지만 (이질성 연기에 의해) 최대 3개의 세그먼트까지 이동한다.맥실로피드를 가진 세그먼트들은 Hox 유전자 7을 가지고 있다.화석 삼엽충은 아마도 각각 독특한 Hox 유전자의 조합을 가진 세 개의 신체 부위가 있었을 것이다.

호메오박스 유전자와 호메오도메인 단백질 모티브는 대부분의 진핵생물에서 발견된다.호메오박스 유전자의 하위 집합인 Hox 유전자는 동물의 왕국 또는 메타조아에서 진화하면서 더 최근에 생겨났다.동물의 왕국에서, Hox 유전자는 두발에[10] 걸쳐 존재하며, [11]말미잘과 같은 크니다리아에서도 발견되었다.이것은 Hox 유전자가 5억 5천만 년 전에 발생했다는 것을 암시한다.염색체 [12]재배치에 의해 유전자가 분리된 많은 예외들이 있지만, 빌라테리아에서 Hox 유전자는 종종 유전자 클러스터로 배열된다.Hox 단백질 사이의 호메오도메인 염기서열을 비교하는 것은 종종 종들 보다 종들 사이의 더 큰 유사성을 드러냅니다; 이 관찰은 Hox 유전자 클러스터가 탠덤 복제와 후속 분리를 통해 단일 Hox 유전자로부터 동물 진화의 초기에 진화했다는 결론을 이끌어 냈습니다, 그리고 L에 포함된 원형 Hox 유전자 클러스터는 l을 포함합니다.동쪽 7개의 서로 다른 Hox 유전자는 모든 양서류 [10][13]동물들의 공통 조상에 존재했다.

대부분의 양전자 동물에서, Hox 유전자는 배아의 머리부터 꼬리까지 축을 따라 엇갈린 영역에서 발현되며, 위치를 특정하는 데 있어 그들의 역할이 공유되고, 오래된 [14]특징임을 암시한다.Hox 단백질의 기능적 보존은 파리가 [15]닭 Hox 단백질 대신 많은 기능을 할 수 있다는 사실로 입증될 수 있다.그래서, 5억 5천만년 [16]전에 살았던 마지막 공통 조상이 있음에도 불구하고, 같은 Hox 유전자의 닭과 파리 버전은 파리들의 같은 하류 유전자를 노릴 만큼 충분히 유사합니다.

드로소필라에서

Drosophila melanogaster에서의 호메오박스(Hox) 유전자 발현

Drosophila melanogaster는 신체 계획 생성과 진화를 이해하는 중요한 모델입니다.파리에서 설명되는 Hox 유전자 기능과 논리의 일반적인 원리는 인간을 포함한 모든 양전자 유기체에 적용될 것이다.드로소필라는 모든 곤충들처럼 8개의 Hox 유전자를 가지고 있다.이것들은 두 개의 복합체로 뭉쳐져 있고, 둘 다 3번 염색체에 위치해 있다.Antnapedia 콤플렉스(Antnapedia complex, Antp 유전자와 혼동하지 말 것)는 순음(labial), 주검(proboscipedia), 변형(Dfd), 성 빗(scr), 성 빗(Antnapedia)의 5가지 유전자로 구성되어 있다.Ultrabithorax 유전자의 이름을 딴 Bitorax 복합체는 나머지 세 개의 유전자로 구성됩니다.초흉부(Ubx), 복부-A(abd-A) 및 복부-B(abd-B)입니다.

순음부

연구실 유전자는 가장 앞에 발현되는 유전자이다.머리, 주로 중간 부분(안테나와 하악골 사이에 부속물이 없는 부분)에서 표현되며 중간 부분에서도 표현됩니다.실험실 기능의 상실은 드로소필라 배아가 몸 밖에서 초기에 발달하는 입과 머리 구조를 내부화하는 데 실패하는 결과를 초래한다.두부 혁신의 실패는 침샘과 인두를 파괴하거나 삭제합니다.연구실 유전자는 처음에 순순 충치를 교란시켰기 때문에 그렇게 이름 붙여졌다; 그러나, 연구실 유전자는 순순 부분에서 발현되지 않았고, 순순 충수 표현형은 머리 [17]발화의 실패로 인한 광범위한 혼란의 결과일 수 있다.

프로보시피디아

PB 유전자는 입술과 상악 팔의 형성에 책임이 있다.몇 가지 증거에 따르면 [18]PB는 Scr과 상호 작용합니다.

변형

Dfd 유전자는 유충 [19]머리에서 상악 및 하악 세그먼트의 형성에 책임이 있다.Dfd의 돌연변이 표현형은 순순의 그것과 유사하다.배아에서 Dfd의 기능 상실은 유충 머리 구조의 상실을 수반하는 머리 침전(순순순 유전자 참조)의 실패를 초래한다.성인의 돌연변이는 머리의 일부가 결손되거나 머리에서 흉부로 [17]변이된다.

섹스 빗 감소

Scr 유전자는 드로소필라 배아와 [20]성인의 두부 및 흉부 발달을 담당한다.

안테나피디아

주요 기사:안테나피디아

두 번째 흉부 부분인 T2는 한 쌍의 다리와 한 쌍의 날개를 발달시킨다.Antp 유전자는 다리 형성을 촉진하고 날개 형성을 (직접 활성화하지는 않지만) 허용함으로써 이 정체성을 규정한다.염색체 반전에 의한 지배적인 Antp 돌연변이는 Antp를 더듬이 상상의 디스크에서 발현하게 하고, 안테나를 형성하는 대신 디스크가 다리를 만들어 파리의 머리에서 [citation needed]다리가 나오게 한다.

야생형(왼쪽), Antennapedia 돌연변이(오른쪽)

울트라비토락스

주요 기사:울트라비토락스

세 번째 흉부 세그먼트(T3)는 한 쌍의 다리와 한 쌍의 할테어(비행 중 균형을 잡는 기능을 하는 고도로 축소된 날개)를 가지고 있다.Ubx는 주로 날개 형성에 관여하는 유전자를 억제함으로써 T3를 패턴화한다.날개날은 서로 단단히 달라붙는 두 층의 세포로 구성되어 있으며 여러 개의 날개 정맥에 의해 영양분을 공급받습니다.Ubx가 억제하는 많은 유전자 중 하나는 세포 유착에 관여하는 단백질을 활성화하는 물집과 날개 정맥의 배치를 규정하는 스팔트이다.Ubx의 기능 상실 돌연변이에서 Ubx는 더 이상 날개 유전자를 억제하지 않고, 두 번째 날개 쌍으로 발달하여 유명한 네 개의 날개를 가진 파리가 탄생했습니다.Ubx가 제2의 흉부 부분에서 양성압박되면, 예를 들어 Cbx 강화 변이를 가진 파리에게서 발생하는 것과 같이, 날개 유전자를 억제하고, 날개가 반구형으로 발달해, 4할 파리가 [citation needed]된다.

복부 A

드로소필라에서 압드A는 복부 세그먼트 1(A1)에서 A8까지 복부의 대부분을 따라 발현된다.abd-A의 표현은 대부분의 복부 세그먼트의 동일성을 명시하기 위해 필요하다.곤충에서 abd-A의 주요 기능은 사지 형성을 억제하는 것이다.abd-A 기능상실 돌연변이는 복부 세그먼트 A2~A8이 A1과 같은 동일성으로 변환된다.abd-A가 배아 전체에서 외부적으로 발현되면 A4의 앞부분은 모두 A4와 같은 복부 [17]동일성으로 변환된다.Abd-A 유전자는 또한 외배엽의 큐티클 생성 패턴과 중배엽의 [18]근육 생성 패턴에 영향을 미친다.

복부-B

유전자 abd-B는 조절단백질과 형태소성단백질의 두 가지 다른 형태로 전사된다.조절 압드 B는 드로소필라 복부의 8번째 및 9번째 세그먼트에서 배아 복부 표피 구조를 억제한다.조절단백질과 형태형성단백질 모두 꼬리 [18]부분의 발달에 관여한다.

Hox 단백질 분류

배열 유사성이 높은 단백질은 일반적으로 기능 유사성이 높은 것으로 가정된다.동일한 호메오도메인을 가진 Hox 단백질은 동일한 DNA 결합 특성을 가진 것으로 가정된다(추가 배열이 DNA 결합에 영향을 미치는 것으로 알려져 있지 않은 경우).기능이 가장 유사할 가능성이 높은 두 개의 다른 종 사이의 단백질 세트를 식별하기 위해 분류 체계를 사용한다.Hox 단백질의 경우, 계통학적 추론 기반, 합성 기반, 배열 유사성 기반 [21]등 세 가지 분류 방식이 존재한다.세 가지 분류 체계는 체축 중앙에서 발현되는 Hox 단백질에 대한 상반된 정보를 제공한다(Hox6-8과 Antp, Ubx 및 abd-A).복합 접근법은 다른 종의 계통발생학적 추론 기반 정보를 사용하고 단백질 배열 유형을 종의 계통발생학적 나무에 플롯했다.이 접근법은 조상의 형태를 가장 잘 나타내는 단백질(Hox7과 Antp)과 새로운 파생 버전을 나타내는 단백질(또는 조상에서 상실되어 현재 수많은 [22]종에서 누락됨)을 식별했다.

Hox 단백질에 의해 조절되는 유전자

힉스 유전자는 발달 유전자 계층 구조 내에서 많은 수준에서 작용합니다: "집행적" 수준에서 그들은 다른 유전자들의 큰 네트워크를 조절하는 유전자를 조절합니다.그들은 또한 궁극적으로 각 부분의 조직, 구조, 장기를 형성하기 위해 그러한 계층의 바닥에서 작용하는 현실화 유전자 또는 이펙터 유전자로 불리는 것을 직접적으로 조절한다.분할은 형태 형성(전구세포가 말단 전문 세포로 분화), 유사한 운명을 가진 세포 그룹의 긴밀한 결합, 프로그래밍된 세포 사멸을 통한 구조와 세그먼트 경계 조각, 그리고 세포가 처음 태어난 곳에서 그들이 궁극적으로 어디로 이동과 같은 과정을 포함한다.쥐는 기능을 한다, 그래서 Hox 유전자의 표적 유전자가 세포 분열, 세포 접착, 세포 자멸, 세포 [5]이동을 촉진하는 것은 놀랍지 않다.

표적 유전자의 예
유기체 표적 유전자 표적 유전자의 정상 기능 규제 대상
드로소필라속 원위부가 없는 사지 형성을 위한 유전자 경로를 활성화하다 울트라비토락스[23]

(원위부 없음)

원위부가 없는 사지 형성을 위한 유전자 경로를 활성화하다 복부[23] A

(원위부 없음)

무감각의 내장의 세포 형태 변화를 유발하다

정상적인 내장 형태학에 필요한

 울트라비토락스[24]

(마비탈수증)

리퍼 아포토시스: 국소적인 세포사멸이 분절부 생성

머리의 상악골과 하악골의 경계

 변형된[25]

(커넥터 리퍼

무감각의 위의 세포변화를 보다 후방에서 방지하다

포지션

 복부[24] B

(정신이 마비된 경우)

마우스 EpA7 세포유착: 세포유착의 원인이 되는

손가락뼈, 손목뼈, 손목뼈를 형성하는 원위부 사지

 HOX-A13[5]

(EpA7 활성화)

Cdkn1a 세포주기: 골수세포의 분화

세포 주기 정지를 수반하는 단구(백혈구)

 Hox-A10[26]

(Cdkn1a 활성화)

호메오도메인에 의해 결합된 인핸서 시퀀스

호메오도메인 단백질에 의해 결합된 DNA 배열은 뉴클레오티드 배열 TAAT를 포함하며,[27] 5' 말단 T가 결합에 가장 중요하다.이 배열은 호메오도메인에 의해 인식되는 거의 모든 부위에 보존되며, 아마도 DNA 결합 부위와 같은 위치를 구별할 수 있을 것이다.이 초기 염기서열 이후의 염기쌍은 모두 유사한 인식 부위를 가진 호메오도메인 단백질을 구별하는 데 사용된다.예를 들어 TAAT 배열에 이은 뉴클레오티드는 호메오도메인 단백질의 위치 9에서 아미노산으로 인식된다.모체 단백질인 바이코이드에서 이 위치는 뉴클레오티드 구아닌을 인식하고 결합하는 리신이 차지한다.Antennapedia에서, 이 위치는 아데닌을 인식하고 결합하는 글루타민에 의해 점령됩니다.만약 비코이드의 리신이 글루타민으로 대체된다면, 결과 단백질은 Antennapedia 결합 강화제 [28][29]부위를 인식할 것입니다.

그러나 호메오도메인을 포함한 모든 전사 인자는 기본적으로 동일한 DNA 염기서열을 결합한다.Hox 단백질의 호메오도메인에 의해 결합된 염기서열은 겨우 6개의 뉴클레오티드 길이에 불과하고, 그렇게 짧은 염기서열은 실제 기능 부위의 수보다 훨씬 많은 게놈 전체에 걸쳐 무작위로 발견될 것이다.특히 양성애자 압착 시 형태학에서 그렇게 극적인 변화를 일으키는 Hox 단백질의 경우, 이것은 각 전사 인자가 같은 염기서열을 결합할 경우 어떻게 그렇게 구체적이고 다른 결과를 낼 수 있는지에 대한 의문을 제기한다.Hox 단백질에 더 큰 DNA 배열 특이성을 도입하는 메커니즘 중 하나는 단백질 보조 인자를 결합하는 것이다.그러한 Hox 보조인자 두 가지는 인도 엔티클(Exd)과 호모토락스(Hth)이다.Exd와 Hth는 Hox 단백질에 결합하고 [30]Hox 단백질의 특이성을 높이는 입체구조 변화를 유도하는 것으로 보인다.

Hox 유전자 조절

Hox 유전자가 현실화 유전자를 조절하듯이, 그들은 차례로 다른 유전자에 의해 그들 스스로 조절된다.드로소필라와 몇몇 곤충에서 Hox 유전자는 간극 유전자와 쌍규칙 유전자에 의해 조절되며, 이는 모성 공급된 mRNA에 의해 조절됩니다.이것은 전사인자 캐스케이드라는 결과를 낳는다: 모성인자는 갭 또는 페어룰 유전자를 활성화하고, 갭과 페어룰 유전자는 Hox 유전자를 활성화하며, 마지막으로 Hox 유전자는 발달하는 배아의 세그먼트를 분화시키는 리얼리제이터 유전자를 활성화한다.

조절은 형태소 필드라고 불리는 단백질 농도 구배를 통해 달성됩니다.예를 들어, 한 모성 단백질의 높은 농도와 낮은 농도의 다른 모성 단백질은 특정한 갭 또는 페어룰 유전자의 세트를 작동시킵니다.파리에게서 배아의 줄무늬 2는 모체 단백질인 바이코이드와 헌치백에 의해 활성화되지만, 간극 단백질인 자이언트와 크루펠에 의해 억제된다.따라서 스트라이프 2는 Bicoid와 Hunchback이 있는 곳에만 형성되며 Giant와 Kruppel이 [31]있는 곳에는 형성되지 않습니다.

Hox 클러스터에 위치한 마이크로RNA 가닥은 더 많은 전방 Hox 유전자("후방 유병 현상")를 억제하여 발현 패턴을 [32]더 잘 조정할 수 있는 것으로 나타났다.

비부호화 RNA(ncRNA)는 Hox 클러스터에 풍부한 것으로 나타났다.사람의 경우 231 ncRNA가 존재할 수 있다.이들 중 하나인 HOTAIR는 폴리콤 그룹 단백질(PRC2)[33]에 결합함으로써 트랜스(HOXC 클러스터에서 전사되어 후기 HOXD 유전자를 억제함)에서 침묵한다.

염색질 구조는 전사에 필수적이지만 또한 염색체 [34]영역에서 클러스터를 루프아웃시켜야 한다.

인간을 포함한 고등동물에서 레티노산은 전후축을 [35]따라 Hox 유전자의 미분발현을 조절한다.Hox 클러스터의 3' 말단에 있는 유전자는 레티노인산에 의해 유도되며, 레티노인산에 의해 유도되지 않는 5' Hox 유전자에 비해 체내에서 보다 전방으로 확장되는 발현 도메인을 생성하여 보다 후방으로 남는 발현 도메인을 생성한다.

정량적 PCR은 공진성에 관한 몇 가지 경향을 보여 왔다. 즉, 시스템은 평형 상태에 있으며 총 전사 수는 선형 [36]관계에 따라 존재하는 유전자의 수에 따라 달라진다.

공선성

일부 유기체, 특히 척추동물에서, 다양한 Hox 유전자는 집단 또는 군집 염색체 위에 서로 매우 가까이 위치해 있습니다.염색체에 있는 유전자의 순서는 발달하는 배아의 유전자의 발현과 동일하며, 첫 번째 유전자는 발달하는 유기체의 앞쪽 끝에서 발현된다.이러한 공선성의 이유는 아직 완전히 이해되지 않았지만, 유전자 클러스터를 따라 점진적으로 염색질의 포장을 풀어서 시간적 시퀀스에서 Hox 유전자의 활성화와 관련이 있을 수 있다.위의 그림은 파리에서의 [citation needed]유전자와 단백질 발현 사이의 관계를 보여준다.

명명법

Hox 유전자는 기능이 방해될 때 나타나는 동종 표현형에서 이름이 붙여졌으며, 여기서 한 세그먼트는 다른 세그먼트(예: 더듬이가 있어야 하는 다리)의 정체성과 함께 발달한다.서로 다른 엽서에 있는 훅스 유전자는 다른 이름이 붙여졌고, 이것은 명명법에 대한 혼란을 야기했다.드로소필라에서 Hox 유전자의 보체는 Antennapedia complex와 Bitorax complex의 두 개의 클러스터로 구성되어 있으며, 이들은 함께 역사적으로 HOM-C라고 불렸다.역사적으로 HOM-C 유전자는 Drosophila 호몰로그를 언급했지만 Hox 유전자는 척추동물 호몰로그를 언급하는 반면, 이러한 구별은 더 이상 만들어지지 않고 HOM-C와 Hox 유전자는 모두 Hox [citation needed]유전자라고 불린다.

다른 종에서는

다양한 종의 Hox 유전자

척추동물

생쥐와 인간은 4개의 [37][38]군집에 39개의 Hox 유전자를 가지고 있다.

클러스터 인간 염색체 유전자
HOXA@ 7번 염색체 HOXA1, HOXA2, HOXA3, HOXA4, HOXA5, HOXA6, HOXA7, HOXA9, HOXA10, HOXA11, HOXA13
HOXB@ 17번 염색체 HOXB1, HOXB2, HOXB3, HOXB4, HOXB5, HOXB6, HOXB7, HOXB8, HOXB9, HOXB13
HOXC@ 12번 염색체 HOXC4, HOXC5, HOXC6, HOXC8, HOXC9, HOXC10, HOXC11, HOXC12, HOXC13
HOXD@ 2번 염색체 HOXD1, HOXD3, HOXD4, HOXD8, HOXD9, HOXD10, HOXD11, HOXD12, HOXD13

척추동물의 조상은 단일 Hox 유전자 [39][40][citation needed]클러스터를 가지고 있었는데, 이것은 척추동물의 진화 초기에 전체 게놈 복제에 의해 복제되어 Hoxa, Hoxb, Hoxc, Hoxd라는 네 개의 Hox 유전자 클러스터를 만들었다.이러한 복제들이 나머지 [41]척추동물들로부터 칠성장어와 먹장어가 나오기 전인지 후에 발생했는지는 현재 불분명하다.대부분의 포유류, 양서류, 파충류 그리고 조류는 4개의 HOX 군집을 가지고 있는 반면, 제브라피쉬와 메다카를 포함한 대부분의 텔레오스트 물고기들은 진화 [42][37]역사에서 추가적인 게놈 복제로 인해 7개에서 8개의 Hox 유전자 군집을 가지고 있다.제브라피쉬에서는 8개의 Hox 유전자 군집 중 한 개가 모든 단백질 코드 유전자를 잃었고, 단지 하나의 마이크로RNA 유전자가 원래의 [43]군집의 위치를 나타냅니다.연어와 같은 일부 텔레오스트 물고기에서는, 최소 13개의 군집을 주기 위해 7~8개의 Hox 유전자 군집을 두 배로 늘리면서, 훨씬 더 최근의 게놈 복제가 일어났다.

주요 기사:양서류 및 파충류의 Hox 유전자

척추동물의 몸은 곤충과 같은 방식으로 분할되지 않는다; 그들은 평균적으로 훨씬 더 복잡하며, 곤충에 비해 그들의 신체 계획에 더 많은 기반시설을 이끈다.HOX 유전자는 척추와 갈비뼈를 형성하는 소마이트, 등피부의 진피, 등의 골격근, 그리고 몸의 벽과 사지의 골격근과 같은 많은 주요 구조의 조절과 발달을 통제한다.HOX 유전자는 소마이트 세포를 보다 구체적인 정체성으로 구별하고 신체 [45]어디에 있느냐에 따라 다르게 발달하도록 지시한다.척추동물과 무척추동물의 큰 차이는 HOX 유전자의 위치와 층화이다.발달의 기본 메커니즘은 어류부터 포유류에 이르기까지 척추동물들 사이에서 강하게 보존되어 있다.

HOX 유전자가 매우 잘 보존되어 있다는 사실 때문에, 대부분의 연구는 쥐와 같은 훨씬 단순한 모델 유기체에 대해 이루어졌다.특히 생쥐와 드로소필라를 비교할 때 눈에 띄는 주요 차이점 중 하나는 게놈 내 HOX 유전자의 위치와 계층화와 관련이 있다.척추동물은 가장 보존성이 높은 유전자 중 하나인 파리 유전자와 상동성이 있는 HOX 유전자를 갖고 있지만 위치가 다르다.예를 들어, 무척추동물에 [46]비해 마우스 세그먼트의 5'쪽에 더 많은 HOX 유전자가 있다.이 유전자들은 꼬리의 발현에 대응하는데, 이것은 파리가 모든 척추동물이 가지고 있는 꼬리와 비슷한 어떤 것도 가지고 있지 않기 때문에 말이 된다.또한 대부분의 척추동물에서는 39개의 멤버가 4개의 염색체에 4개의 분리된 긴밀하게 군집된 유전자 배열(A~D)로 분리된 반면, 드로소필라는 [47]총 8개의 HOX 유전자가 있다.클러스터는 훨씬 더 중복되고 돌연변이를 생성할 가능성이 낮습니다.파리에서는 하나의 유전자가 돌연변이를 일으켜 날 수 있는 근본적인 것, 날 수 있는 것, 날개로 변형되는 것, 또는 다리로 변하는 안테나를 만들 수 있다. 쥐에서는 비슷한 완전한 변형을 얻기 위해 두 개에서 네 개의 유전자를 동시에 제거해야 한다.일부 연구자들은 척추동물 HOX 군집 계획의 중복성과 무척추동물 HOX 군집과 비교했을 때 더 제한적이기 때문에 척추동물 HOX 군집의 진화 가능성은 어떤 구조적 또는 기능적 이유로 무척추동물 [48]군집보다 훨씬 낮다고 믿는다.이러한 급속한 진화 가능성은 부분적으로 무척추동물이 적응 방사선과 돌연변이의 훨씬 극적인 에피소드를 경험했기 때문이다.20개 이상의 주요 무척추동물의 집단들은 신체조직이 너무 근본적으로 달라서, 부분적으로 더 높은 돌연변이율 때문에, 그들은 공식적으로 다른 [49]식물군으로 분류되었다.대부분의 경우 표현형 변화가 있기 위해서는 모든 평행 유전자가 제거되어야 한다.이것은 척추동물에서 동종 변이가 거의 나타나지 않는 이유이기도 하다.

쥐의 배아에서, 동물의 꼬리 부분에 있는 유전자 중 하나인 HOX10 유전자는 그 유전자가 활성화되면 "리브 빌드" 시스템이 꺼진다.이 유전자는 척추뼈가 자라지 않는 등 아래쪽에서 활성화되고 등 중간에서 활성화되지 않아 갈비뼈가 형성된다.HOX10 패럴로그가 실험적으로 비활성화되면 허리 아래쪽 척추뼈에 [50]갈비뼈가 자라납니다.이 연구는 모든 동물들 사이에서 이러한 돌연변이에 대한 진화적 탐구를 촉진시켰다.이것의 예는 도마뱀과 뱀이다.뱀의 경우 HOX10 유전자는 [51]갈비뼈 차단 능력을 상실했다.

암픽서스

Branchiostoma floridae와 같은 AmpiHoxus는 AmpiHox1에서 AmpiHox15로 [52]알려진 15개의 유전자를 가진 단일 Hox 클러스터를 가지고 있습니다.

기타 무척추동물

6개의 [10]: fig. 3 Hox 유전자가 회충인 Caenorhabditis Elegans의 게놈에 분산되어 있다.크니다리아 문(Phylm Cnidaria)에 속하는 히드라 및 네마토스테라 벡텐시스는 몇 가지 Hox/[53][11]ParaHox 유사 호메오박스 유전자를 가지고 있습니다.

Hox 유전자 발현은 또한 완족동물,[54] 고리형 동물,[56] 그리고 연체동물 집단에서 연구되었다.

역사

Hox 유전자는 그들의 돌연변이가 동종 변형을 일으키기 때문에 그렇게 이름 붙여졌다.호메오틱 변환은 1894년 윌리엄 베이슨에 의해 처음 확인되고 연구되었으며, 그는 "호메오시스"라는 용어를 만들었다.멘델의 유전 원리를 재발견한 후, 베이슨과 다른 사람들은 꽃 장기와 동물 뼈대의 동질성의 몇 가지 예가 유전자의 변이에 기인할 수 있다는 것을 깨달았다.

일부 동종 변이의 유전적 근거에 대한 결정적인 증거는 동종 변이를 분리함으로써 얻어졌다.최초의 동종 돌연변이는 1915년 토마스 헌트 모건의 연구실에서 캘빈 브리지스에 의해 발견되었다.이 돌연변이는 흉곽의 부분 복제를 나타내므로 Bitorax(bx)로 명명되었다.세 번째 흉부 세그먼트(T3)를 두 번째(T2)로 변환합니다.비토락스는 실험실에서 자발적으로 발생했고 [57]그 이후로 실험실 재고로 계속 유지되고 있다.

모건과 다른 사람들의 유전자 연구는 에드워드 B에 대한 체계적인 분석의 기초를 제공했다.Lewis와 Thomas Kaufman은 비토락스와 Antennapedia 복합체의 많은 동종 유전자에 대한 예비 정의를 제공했고, 또한 이들 유전자의 돌연변이 표현형이 태아 신체 계획의 패턴화 결함으로 거슬러 올라갈 수 있다는 것을 보여주었다.

에드 루이스, 크리스티안 뉘슬레인 볼하르트, 에릭 F. 비에샤오스는 [58]1980년 초파리 D. 멜라노가스터의 신체 계획 및 신체 세그먼트 형성에 중요한 15개의 유전자를 확인하고 분류했다.Lewis, Nüslein-Volhard, 그리고 Wieschaus는 그들의 업적으로 [59]1995년에 노벨 생리의학상을 받았다.

1983년, 호메오박스는 두 개의 실험실에서 연구자들에 의해 독립적으로 발견되었다.Ernst Hafen, Michael Levine 및 William McGinnis(스위스 바젤 대학 월터 게링의 연구실), Matthew P. Scott과 Amy Weiner(블루밍턴 인디애나 대학 토마스 카우프만의 연구실).

미래.

훅스 유전자는 사지, 폐, 신경계, 그리고 눈과 같은 구조의 발달에 중요한 역할을 한다.T. R. 라핀과 동료들이 2006년에 관찰한 바와 같이, "진화 보존은 인간 질병에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 Hox 유전자 네트워크의 기능 제어에 대한 실험적인 연구의 무한한 기회를 제공한다."미래에는 백혈병과 암(예: EOC)[37]에서 Hox 유전자의 역할을 조사하기 위해 더 많은 연구가 이루어질 수 있다.

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