Genes Hox: descoberta, características e evolução

Os genes Hox são uma grande família de genes que são responsáveis pela regulação do 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: eles codificam um fator de transcrição – uma proteína capaz de interagir com o DNA – que é expressa em uma área específica do indivíduo desde os estágios iniciais do desenvolvimento. Essa sequência de ligação ao DNA é chamada homeobox.

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Fonte: Antonio Quesada Díaz [Domínio público], via Wikimedia Commons

Com quase 30 anos de pesquisa nesse campo, os cientistas estudaram diferentes linhagens e concluíram que os padrões de expressão desses genes estão fortemente associados à regionalização dos eixos corporais.

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

Em nós, humanos, existem 39 genes Hox. Estes são agrupados em quatro clusters ou grupos, localizados em diferentes cromossomos: 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 principais mutações na mosca da fruta, Drosophila melanogaster.

Uma das mutações, a antennapedia, transforma as antenas em pernas, enquanto a mutação no bórax causa a transformação dos halterios (estruturas modificadas, típicas de insetos alados) em outro par de asas.

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Como você pode ver, quando os genes Hox têm 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 pensava que a diversidade morfológica era sustentada com variedade no nível do DNA. Era lógico supor que as diferenças óbvias entre uma baleia e um beija-flor, por exemplo, deveriam se refletir em termos genéticos.

Com a chegada dos genes Hox, esse pensamento mudou completamente, dando lugar a um novo paradigma na biologia: um caminho comum de desenvolvimento genético que unifica a ontogenia dos metazoários.

O que são os genes Hox?

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

A mensagem do DNA é escrita em nucleotídeos, em alguns casos eles passam para o RNA mensageiro e isso é traduzido pelos ribossomos em uma sequência de aminoácidos – os “blocos” estruturais das proteínas.

Os genes Hox são a classe mais conhecida de genes homeóticos, cuja função é controlar os padrões específicos das estruturas corporais. Eles são responsáveis ​​por controlar a identidade dos segmentos ao longo do eixo anteroposterior dos animais.

Eles pertencem a uma única família de genes que codificam para uma proteína que possui uma sequência de aminoácidos específica capaz de interagir com a molécula de DNA.

A partir daí, vem o termo homeobox para descrever esta seção no gene, enquanto na proteína é chamado de homeodomínio. A sequência da homeobox possui uma sequência de 180 pares de bases e esses domínios são evolutivamente muito conservados entre diferentes filos.

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

Terminologia

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

Caracteristicas

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

Esses genes são organizados em “complexos genéticos”, o que significa que eles são próximos dos cromossomos – em termos de localização espacial.

A segunda característica é a surpreendente correlação que existe entre a ordem dos genes na sequência de DNA e a localização anteroposterior dos produtos dos referidos genes no embrião. Literalmente, os genes que “avançam” estão nessa posição.

Da mesma forma, além da colinearidade espacial, há uma correlação temporal. Os genes localizados na extremidade 3 ‘são apresentados mais cedo no desenvolvimento do indivíduo, em comparação com os encontrados mais atrás.

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

Evolução dos genes Hox

Não existem genes da classe ANTP dos Metazoários. Na evolução evolutiva desse grupo animal, os poríficos foram o primeiro grupo a se separar, seguido pelos cnidários. Essas duas linhagens representam os dois grupos basais de bilaterados.

A análise genética realizada na famosa esponja Amphimedon queenslandica – sua fama se deve a genes para o sistema nervoso – revelou que esse porífero possui vários genes do tipo NK, mas nenhum gene Hox ou ParaHox.

Nos cnidários, nenhum gene Hox foi relatado como tal, que atenda às características acima mencionadas. No entanto, existem genes do tipo Hox.

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

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Origem dos vertebrados

A visão clássica desse aspecto argumenta que os quatro grupos 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 seqüenciamento colocou em dúvida a teoria.

A nova evidência favorece a hipótese relacionada a eventos de pequena escala (duplicação de segmentos, duplicação individual de genes e translocações) que atingiram o alto número de genes Hox que observamos hoje neste grupo.

Referências

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