Viquipèdia

Homeobox: diferència entre les revisions

Exploració interactiva de l'historial
← Edició anteriorEdició següent →
Contingut suprimit Contingut afegit
VisualWikitext
Cap resum de modificació
Cap resum de modificació
Línia 7:
És un fragment d’[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] que es troba en els [[Gen|gens]] relacionats amb la regulació de la [[morfogènesi]] (patrons de desenvolupament anatòmic) en animals, fongs i plantes. La seqüència d’ADN que forma l’homeobox té una llargada de 180 [[Parell de bases|parelles de bases]], sense comptar els [[Intró|introns]], i codifica una cadena proteica de 60 residus coneguda com [[Domini proteic|domini]] homeobox o homeodomini. Així, la regió de la seqüència gènica es coneix com a homeobox i la regió corresponent de la [[proteïna]] com a homeodomini.
 
Els [[Gen|gens]] són les unitats de transmissió de caràcters i s’expressen mitjançant un mecanisme anomenat [[Transcripció genètica|transcripció]]. Per tal que es produeixi la [[Transcripció genètica|transcripció]], cal que actuin diversos reguladors que s’uneixen a l’[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] en unes zones específiques, activant o bé inhibint el procés. Les [[Proteïna|proteïnes]] amb homeodominis que codifiquen els gens homeòtics actuen com a reguladors transcripcionals. Aquests factors de transcripció regulen la transcripció d’altres gens i per tant són imprescindibles en el desenvolupament d’organismes pluricel·lulars. Els gens homeobox i les proteïnes que codifiquen (anomenades homeoproteïnes) han resultat ser crucials en el procés de desenvolupament d’organismes pluricel·lulars, perquè actuen com a [[Factor de transcripció|factors de transcripció]]. Per tant, regulen la transcripció (és a dir, la transferència d'informació d'[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] a [[ARN missatger]]) d’altres gens que dirigeixen el desenvolupament dels diferents segments corporals i indiquen quina classe d'estructures cal que desenvolupin. Com per exemple, un cas concret on es desenvolupen antenes al cap i potes en els tres segments toràcics, com s'aprecia en les mosques ''[[Drosophila melanogaster|Drosophila]]'' mutants per aquests gens<ref name=":1">{{Ref-llibre|cognom = Bürglin|nom = T.R.|títol = Homeodomain Proteins|url = |edició = 1996|llengua = |data = |editorial = Meyers, R.A. (ed.), Encyclopedia of Molecular Biology and Molecular Medicine, Vol 3., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim|lloc = |pàgines = pp. 55-76|isbn = }}</ref>. Igualment, s’han trobat en alguns llevats i plantes i molts animals que s’han examinat fins al dia d’avui<ref name=":1" />. Per tant, diem que els gens homeobox són aquells que contenen una regió d’[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] que codifica un [[domini proteic]] (agrupacions globulars o clústers de cadenes polipeptídiques constituïdes per més de 200 aminoàcids) que pot enllaçar-se amb l’[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] i actuar decom a regulador de transcripció.
 
=== Gens homeòtics ===
Com que la formació d'una simple estructura (com ara una cama) requereix l'acció conjunta de centenars de milers de gens<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Homeotic genes and the homeobox|publicació = Ann. Rev. Genet. 1986. 20:147-73|url = http://courses.bio.unc.edu/2009Fall/Biol624/Jinfiles/JinPDFfiles/devbioclassmaterial/Gehring%20and%20Hiromi.pdf|data = 1986|pàgines = |autor = W. J. Gehring and Y. Hiromi}}</ref>, es considera que els gens homeòtics són els que controlen i regulen els esmentats gens i programen certes vies de desenvolupament. ContribueixenCom a determinarconseqüència, perobservem tant,que contribueixen a determinar l’estructura anatòmica de l’organisme durant la [[morfogènesi]]<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Homeobox genes and growth factors in regulation of craniofacial and tooth morphogenesis.|publicació = Acta Odontol Scand.|url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7572087|data = 1995 Jun;|pàgines = 53(3):129-34.|autor = Thesleff I}}</ref>, que és un dels processos biològics més importants en els éssers vius que consisteix en desenvolupar la forma concreta de l’organisme. El nom d’homeobox deriva de la paraula “gens homeòtics”, però molts gens homeobox no són gens homeòtics: l’homeobox és un motiu seqüencial, mentre que “homeòtic” és una descripció funcional d’aquells gens que causen transformacions homeòtiques, és a dir, que determinen el destí del desenvolupament d’un òrgan o part del cos. Els gens homeòtics constitueixen una família gènicaètnica que comparteix una seqüència d'ADN concreta: l'anomenada homeobox<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Homeotic genes and the homeobox|publicació = Ann. Rev. Genet. 1986. 20:147-73|url = http://courses.bio.unc.edu/2009Fall/Biol624/Jinfiles/JinPDFfiles/devbioclassmaterial/Gehring%20and%20Hiromi.pdf|data = 1986|pàgines = |autor = W. J. Gehring and Y. Hiromi}}</ref>.
 
Els gens homeòtics regulenfan diverses activitats, com per exemple la formació d’òrgans i la regulació de la [[Diferenciació cel·lular|diferenciació]] (procés pel qual les cèl·lules maduren fins a especialitzar-se amb una funció concreta). AlgunsIgualment cal esmentar que alguns d'aquests gens poden actuar com a supressors de tumor<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Deregulated homeobox gene expression in cancer: cause or consequence?|publicació = Nature Reviews Cancer 2|url = http://www.nature.com/nrc/journal/v2/n10/abs/nrc907.html|data = October 2002|pàgines = 777-785|autor = Cory Abate-Shen}}</ref>. Dit d’una altra manera, prevenen que les cèl·lules creixin de manera descontrolada i es divideixin massa ràpid;. perFent referència a aquest tantexemple, és essencial remarcar que una elevada o bé una deficient actuació d’alguns gens homeòtics pot suposararribar laa presènciasuposar l'aparició d’un càncer en un futur.<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Homeobox Genes and Cancer|publicació = Experimental Cell Research Volume 248, Issue 1, 10|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014482799944518|data = April 1999|pàgines = 1-9|autor = Clemente Cilloa, Antonio Faiellab, Monica Cantilea, Edoardo Boncinelli}}</ref>. En definitiva s’observa com els gens homeòtics s’encarreguen de fer funcions bàsiques en els éssers vius. És aquesta la raó per la qual si es produeix una [[mutació]] en algun d’aquests gens, poden aparèixer trastorns greus durant el desenvolupament. Per exemple, mutacions en els gens HOX, PAX i MSX poden causar malformacions que impediran un creixement correcte de l’organisme. En el cas d’un canvi en l’homeobox HOX, apareixerà una malformació en les extremitats. Igualment, alguna variació en l’homeobox MSX, pot provocar malformacions facials o bé dentals. I per acabar, alguna mutació en els homeobox PAX desencadenarà una malaltia relacionada amb la visió. Els canvis que suposen aquestes modificacions dels gens homeòtics s'anomenen "transformacions homeòtiques"<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Role of homeobox genes in the patterning, specification and differentiation of ectodermal appendages in mammals|publicació = J Cell Physiol|url = |data = 2008 Aug|pàgines = 216(2): 337–346|autor = Olivier Duverger, Maria I. Morasso}}</ref>.
[[Fitxer:Relació gens homeòtics i homeobox.jpeg|thumb|Esquema on es veuen representats els diferents clústers d'un gen homeòtic. També s'observa la relació entre els gens homeòtics i l'homeobox. |414x414px]]
La localització dels gens homeòtics està en els [[Cromosoma|cromosomes]]. Aquests gens acostumen a agrupar-se per grups (clustersclústers) en funció de la regió de l’organisme on haurà de desenvolupar la forma.<ref>{{Ref-publicació|cognom = Garcia-Fernandez|nom = Jordi|article = |publicació = “The Genesis and Evolution of Homeobox Gene Clusters.” Nature Reviews Genetics 6|url = |data = 2005|pàgines = 881–92}}</ref> Dit d'una altra manera, si les diferents regions de l’insecte, per exemple, són cap, tòrax i abdomen, els gens homeòtics corresponents es trobaran en la seqüència d’ADN en el mateix ordre (primer els gens que contenen informació del cap, després els que contenen característiques del tòrax i per acabar aquells encarregats de l’abdomen). Igualment, és imprescindible saber que dins de cada un d'aquests clustersclústers hi ha un fragment d'ADN que és l'homeobox. Per tant observem com els homeobox es troben dins dels clustersclústers dels gens homeòtics. Al mateix temps, l'homeobox és l'encarregat de sintetitzar un [[polipèptid]] de 60 aminoàcids que és imprescindible pel funcionament dels gens homeòtics; ja que en regula l'expressió. <ref>{{Ref-publicació|cognom = D'haeseleer|nom = Patrik|article = How does gene expression clustering work?|publicació = Nature Biotechnology|url = |data = 2005|pàgines = }}</ref>
 
Cal remarcar que la quantitat de clustersclústers que té l’organisme depèn de l’ésser viu en qüestió. PerEn exempleconcret, la ''Drosophila'' en té dos, mentre que els mamífers en tenim quatre. Tanmateix, tots els organismes conservem els mateixos gens HOX. Per tant, encara que s’agrupin de maneres diferents en funció de l’organisme del que parlem, contenen els mateixos gens HOX. És per aixòaquesta raó que si experimentalment decidim canviar els gens HOX d’un insecte pels d’una granota, aquests seguiran realitzant la seva funció.
 
PodemA classificarl'hora aquestsde parlar sobre com s'agrupen els gens homeòtics, podem classificar-los en funció de diversos aspectes. PerD'una exemplebanda, fent referència a la funció que realitzen, s’hi distingeixen tres tipus diferents. En primer lloc tenim els ''gens homeòtics maternals'', que determinen quina és la part anterior i superior de l’organisme. En segon lloc tenim els ''gens de segmentació'', que són els encarregats de determinar la posició de cada segment. I per últim, els ''selectors homeòtics'', que s’encarreguen de distribuir l’especialització de cada segment.
 
D'altra banda, la família de gens homeòtics en els vertebrats es pot classificar de la següent manera:
 
- ''Acomplexats'' o de classe I: gens Hox
 
- ''No acomplexats'': gens homeòtics divergents
 
===== Gens HOX =====
Els gens HOX són un subgrup de gens homeobox típics dels animals. En els [[Vertebrat|vertebrats]] es troben en clustersclústers als [[Cromosoma|cromosomes]]. El terme Hox clusterclúster fa referència a un grup de gens homeobox (simplement anomenats Hox en el cas que estiguin en vertebrats) que tenen una funció molt important en la formació d’estructures aen la part anterior-posterior de l’eix corporal. Els primers gens homeobox descoberts van ser els gens homeòtics en clustersclústers de la ''[[Drosophila melanogaster|Drosophila]]'', com ara la   "Antennapedia complex" andi thela "Bithorax complex" els quals sovint són anomenats HOM-C, que significa (complex homeòtic). Aquest complex HOM-C de la ''Drosophila'' és l’homòleg evolutiu dels Hox clusters dels vertebrats, i els clustersclústers de gens homeobox d’altres animals (com cordats, insectes, etc) corresponents evolutivament al complex HOM-C, també s’anomenen actualment HOX clusters.
 
Tots els gens Hox són gens homeobox, però no tots els homeobox són gens Hox. Els gens homeobox han canviat tant al llarg del procés evolutiu que actualment n’hi ha diversos tipus;. Cal esmentar que (el subgrup més famós és el dels gens Hox). Els dominis homeobox es van descobrir quan s’estudiaven animals que tenien uns determinats gens mutats:. Dit d'una altra manera, quan es presentaven parts del cos a llocs incorrectes, i van ser descrits com “mutants homeòtics”. Quan es van identificar els gens que causaven les mutacions van veure que compartien un motiu comú, al qual anomenaren homeobox. Actualment es considera que aquests gens que van trobar, que mutats eren els responsables del creixement d’òrgans a llocs inadequats, pertanyen a un subgrup de gens homeobox, que actualment anomenem gens Hox. Cal tenir en compte que el motiu de l’homeobox es troba en molts gens que no són Hox, ja que molts gens homeobox no tenen res a veure amb el desenvolupament de parts del cos al lloc adequat.
 
=== Descobriment ===
Línia 35:
[[Fitxer:Drosofilaantenapediavssalvaje.jpg|thumb|750x750px|Comparació de fotografies fetes amb el microscopi òptic de les estructures del cap de la ''Drosofila melanogaster'': normal a l'esquerra i mutada amb la mutació "''Antennapedia"'' (potes en el lloc de les antenes) a la dreta.]]
 
Els homeobox van ser descoberts de manera independent el 1983 per Ernst Hafen, Micheal Levine i William McGinnis, que treballaven al laboratori de Walter Gehring, de la [[Universitat de Basilea]] (Suïssa)<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = A conserved DNA sequence in homoeotic genes of the Drosophila Antennapedia and bithorax complexes|publicació = Nature 308 (5958)|url = |data = 1984|pàgines = 428-33|autor = McGinnis W, Levine MS, Hafen E, Kuroiwa A, Gehring WJ}}</ref>; i per Matthew Scott i Amy Weiner, que treballaven amb Thomas Kaufman a la Universitat Indiana de Bloomington<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Structural relationships among genes that control development: sequence homology between the Antennapedia, Ultrabithorax, and fushi tarazu loci of Drosophila|publicació = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 81 (13)|url = |data = Jul 1984|pàgines = |autor = Scott MP, Weiner AJ}}</ref>.

La primera vegada que es va tenir coneixement sobre l’existència dels homeobox va ser gràcies a un experiment de la ''[[Drosophila melanogaster]]'', un insecte de l’ordre dels dípters. No obstant això, actualment se sap que molts altres animals també presenten homeobox, incloent-hi els vertebrats<ref>{{Ref-llibre|cognom = Scott MP, Tamkun JW, Hartzell GW|nom = |títol = The structure and function of the homeodomain|url = |edició = 3rd|llengua = |data = 1989|editorial = Biochimica et Biophysica Acta|lloc = |pàgines = 989(1):25-48|isbn = }}</ref>. Durant la investigació amb la ''Drosophila'', es va observar que hi havia uns radicals alterats resultants d’unes mutacions en els gens homeòtics. És per això que aquestes mutacions es van anomenar “mutacions homeòtiques”. Un exemple d’aquesta mutació és l’"''Atennapedia"'', un cas molt peculiar que consisteix en l’aparició de potes a la regió del cap de la mosca en comptes d’aparèixer les antenes.<ref>{{Ref-web|url = http://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/IPR017995|títol = Homeobox protein, antennapedia type (IPR017995)|consulta = 23/10/2015|llengua = |editor = InterPro|data = }}</ref>
 
== Homeoproteïnes ==
Linha 43 ⟶ 45:
 
=== Estructura ===
Quant a la successió d'aminoàcids o altrament dita [[Estructura primària de les proteïnes|estructura primària]] delde la proteïna, la figura mostrada en aquest apartat ensenya l'homeodomini (que s'ha consensuat després d'anys d'investigació i experimentació amb espècies vives en les quals s'ha estudiat aquesta part concreta de la proteïna). En total, és una cadena d'uns 60 aminoàcids<ref name=":2" />: [[Fitxer:Estructura_i_fixació_del_homeodomini_en_el_ADN.png|thumb|527x527px|Estructura i fixació del homeodomini en el ADN. Adaptat i traduït de '''Alberts B. et al:''' ''Molecular biology of the Cell''▼
[[File:Estructura de la homeoproteina.jpg|thumb|Esquema de la estructura de una homeoproteina.|647x647px]]Les homeoproteïnes, encara que són majoritàriament similars entre les diferents espècies vives, estan formades per tres regions principals: una regió variable que depèn de l’espècie estudiada, una regió connectora i l'homeodomini.
6th Edition]][[Fitxer:Estructura_primària_i_secundària_del_homeodomini.png|alt=Seqüencia consensuada (estructura primària) del homeodomini (a dalt) i repartició dels aminoàcids segons els motius (estructura secundaria) trobats en aquest (a baix).|534x534px|Seqüència consensuada (estructura primària) de l'homeodomini (a dalt)   i repartició dels aminoàcids segons els motius (estructura secundària) trobats en aquest (a baix).<ref name=":2">{{Ref-web|url = http://www.csb.ki.se/groups/tbu/homeo/consensus.gif|títol = The homeobox page|consulta = 23/10/2015|llengua = |editor = Karolinksa Institute.|data = }}</ref>|thumb|left]]Pel que fa a la conformació en l'espai d'aquests aminoàcids, és a dir, l'estructura secundària, l'homeodomini està caracteritzat per tres estructures en [[Hèlix alfa|hèlix-α]] superposades mitjançant [[Enllaç d'hidrogen|enllaços d'hidrogen]]<ref>{{Ref-web|url = http://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/IPR001356|títol = Homeobox domain (IPR001356)|consulta = 23/10/2015|llengua = |editor = InterPro|data = }}</ref>. La primera hèlix α de l'homeodomini començant per l'[[N-terminal|amino terminal]] està formada per 8 [[Aminoàcid|aminoàcids]] (del 10 al 22). La segona té una longitud de 10 aminoàcids (28 al 38) i es col·loca de forma que la primera i la segona ocupen posicions [[Antiparal·lelisme (bioquímica)|antiparal·leles]]. Una tercera hèlix (17 aminoàcids, del 42 al 59) està disposada de manera perpendicular a les altres dues i se l'anomena hèlix de reconeixement. Els seus aminoàcids, que són diferents depenent del tipus concret de proteïna, reconeixen regions especifiques de l'[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] a les quals la proteïna es fixa. Les hèlix 2 i 3 són les que fan possible la unió amb l'ADN mitjançant [[enllaços d'hidrogen]] i formen un motiu hèlix-gir-hèlix. És aquest motiu el que pot inserir-se al solc d'ADN. Un cop feta aquesta unió, la proteïna és transcripcionalment activa i pot regular l'expressió gènica d'aquest fragment d'ADN<ref name=":0" />. A més a més, existeixen altres llocs de fixació secundaris que es troben localitzats als braços de les tres hèlixs de l'homeodomini. Per exemple, un residu de [[arginina]] d'un bucle flexible de la proteïna pot lligar-se a l'ADN per fixar-la.<ref>{{Ref-llibre|cognom = Alberts|nom = Bruce|títol = Molecular Biology of the Cell|url = |edició = 6ª edició|llengua =anglès|data = Decembre 2014|editorial = Garland Science|lloc = USA|pàgines = 120-122, 376-378|isbn = 978-0-8153-4105-5 y 978-0-8153-4106-2|coautors = Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter}}</ref>▼
 
==== L'homeodomini: la part constant de les homoeproteines. ====
▲Quant a la successió d'aminoàcids o altrament dita [[Estructura primària de les proteïnes|estructura primària]] del l'homeodomini (que s'ha consensuat després d'anys d'investigació i experimentació amb espècies vives en les quals s'ha estudiat aquesta part concreta de la proteïna), és una cadena d'uns 60 aminoàcids<ref name=":2" />: [[Fitxer:Estructura_i_fixació_del_homeodomini_en_el_ADN.png|thumb|527x527px|Estructura i fixació del homeodomini en el ADN. Adaptat i traduït de '''Alberts B. et al:''' ''Molecular biology of the Cell''
▲6th Edition]][[Fitxer:Estructura_primària_i_secundària_del_homeodomini.png|alt=Seqüencia consensuada (estructura primària) del homeodomini (a dalt) i repartició dels aminoàcids segons els motius (estructura secundaria) trobats en aquest (a baix).|534x534px|Seqüència consensuada (estructura primària) de l'homeodomini (a dalt)  i repartició dels aminoàcids segons els motius (estructura secundària) trobats en aquest (a baix).<ref name=":2">{{Ref-web|url = http://www.csb.ki.se/groups/tbu/homeo/consensus.gif|títol = The homeobox page|consulta = 23/10/2015|llengua = |editor = Karolinksa Institute.|data = }}</ref>|thumb|left]]Pel que fa a la conformació en l'espai d'aquests aminoàcids, és a dir, l'estructura secundària, l'homeodomini està caracteritzat per tres estructures en [[Hèlix alfa|hèlix-α]] superposades mitjançant [[Enllaç d'hidrogen|enllaços d'hidrogen]]<ref>{{Ref-web|url = http://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/IPR001356|títol = Homeobox domain (IPR001356)|consulta = 23/10/2015|llengua = |editor = InterPro|data = }}</ref>. La primera hèlix α de l'homeodomini començant per l'[[N-terminal|amino terminal]] està formada per 8 [[Aminoàcid|aminoàcids]] (del 10 al 22). La segona té una longitud de 10 aminoàcids (28 al 38) i es col·loca de forma que la primera i la segona ocupen posicions [[Antiparal·lelisme (bioquímica)|antiparal·leles]]. Una tercera hèlix (17 aminoàcids, del 42 al 59) està disposada de manera perpendicular a les altres dues i se l'anomena hèlix de reconeixement. Els seus aminoàcids, que són diferents depenent del tipus concret de proteïna, reconeixen regions especifiques de l'[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]] a les quals la proteïna es fixa. Les hèlix 2 i 3 són les que fan possible la unió amb l'ADN mitjançant [[enllaços d'hidrogen]] i formen un motiu hèlix-gir-hèlix. És aquest motiu el que pot inserir-se al solc d'ADN. Un cop feta aquesta unió, la proteïna és transcripcionalment activa i pot regular l'expressió gènica d'aquest fragment d'ADN<ref name=":0" />. A més a més, existeixen altres llocs de fixació secundaris que es troben localitzats als braços de les tres hèlixs de l'homeodomini. Per exemple, un residu de [[arginina]] d'un bucle flexible de la proteïna pot lligar-se a l'ADN per fixar-la.<ref>{{Ref-llibre|cognom = Alberts|nom = Bruce|títol = Molecular Biology of the Cell|url = |edició = 6ª edició|llengua =anglès|data = Decembre 2014|editorial = Garland Science|lloc = USA|pàgines = 120-122, 376-378|isbn = 978-0-8153-4105-5 y 978-0-8153-4106-2|coautors = Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter}}</ref>
 
Aquesta estructura és fonamental pel bon funcionament de les proteïnes, ja que si aquestes perden la seva [[Estructura biomolecular|estructura tridimensional]], com en el cas de ser [[Desnaturalització|desnaturalitzades]] per calor, no són capaces de reconèixer ni unir-se a l'ADN i tampoc de controlar la [[transcripció genètica|transcripció gènica]].<ref>{{Ref-llibre|cognom = Melo|nom = Virginia|títol = Bioquímica de los procesos metabólicos|url = |edició = 2ª edició|llengua = Castellà|data = 2007|editorial = Reverté|lloc = Barcelona, España|pàgines = 98|isbn = 9789686708554|cognom2 = Cuamatzi|nom2 = Oscar}}</ref>
Linha 79 ⟶ 78:
Article PUBMED (mirar enllaç)
 
Bürglin, T.R.  (2011). Homeodomain subtypes and functional diversity. Subcell. Biochem., 52, 95-122.
 
Bürglin, T.R. (1994) '''A Comprehensive Classification of Homeobox Genes''', in Guidebook to the Homeobox Genes. Duboule, D. (ed.) Oxford University Press, Oxford pp 25-71). 
 
[[Categoria:Genètica]]
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/wiki/Homeobox»