Homeobox: diferència entre les revisions

'''L'homeobox''' o '''caixa homeòtica''' és una seqüència de 180 parells de [[Nucleòtid|nucleòtids]] present als [[Gen homeòtic|gens homeòtics]] que codifica l’homeodomini (una successió de 60 [[Aminoàcid|aminoàcids]]). Les proteïnes que contenen homeodominis s'anomenen homeoproteïnes<ref>{{Ref-llibre|cognom = |nom = |títol = Handbook of Cell-Penetrating Peptides|url = https://books.google.es/books?id=Nd3pPZKsfp4C&pg=PA6&lpg=PA6&dq=homeoproteins+homeodomains&source=bl&ots=QL7C7FqWrJ&sig=1_gyBfyXFMTiXYU1qw9DHhM7Zuc&hl=ca&sa=X&ved=0CEEQ6AEwBGoVChMI4t6_6NfgyAIVibwaCh3r8A2v#v=snippet&q=homeodomain%20homeoprotein&f=false|edició = 2nd Edition|llengua = Anglèsanglès|data = 15 ag. 2006|editorial = CRC Press,|lloc = |pàgines = 6-8|isbn = |autor = Ulo Langel}}</ref> i juguen un paper molt important en l'expressió del [[genoma]], ja que són [[Factor de transcripció|factors de transcripció]]: contribueixen així a determinar el desenvolupament de les estructures dels [[Organisme|éssers vius]] seguint els eixos de polaritat del cos.

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<ref>{{Ref-web|url = http://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/IPR001356|títol = Homeobox domain (IPR001356)|consulta = 26/10/2015|llengua = Anglèsanglès|editor = EMBL-EBI (InterPro)|data = }}</ref>. Així, la regió de la seqüència gènica es coneix com a homeobox i la regió corresponent de la [[proteïna]] com a homeodomini.

Els gens homeòtics codifiquen factors de transcripció específics. Aquestes proteïnes reguladores són activadores o repressores de gens que controlen l'expressió dels gens responsables d'estructures anatòmiques específiques<ref>{{Ref-llibre|cognom = |nom = |títol = Biocontext 2|url = |edició = 1a edició|llengua = Català|data = 2011|editorial = Teide|lloc = Barcelona|pàgines = 220-1|isbn = 978-84-307-5288-1|autor = M.Costa, M. Formiga, M. Llobera, J.M.Llort, J. de Manuel, J. Molina, P. Montserrat, T. Padrosa}}</ref>. 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. Com a conseqüència, 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> (un dels processos biològics més importants en els éssers vius que consisteix en desenvolupar la forma concreta de l’organisme). 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<ref name=":0">{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Hox genes in vertebrate development|publicació = Cell Volume 78, Issue 2|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0092867494902909|data = 29 Julyjuliol 1994|pàgines = 191–201|autor = Robb Krumlauf}}</ref>. Igualment, alguna variació en l’homeobox MSX, pot provocar malformacions facials o bé dentals<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Msx homeobox gene family and craniofacial development|publicació = Cell Research 13|url = http://www.nature.com/cr/journal/v13/n6/full/7290185a.html|data = 2003|pàgines = 429–442|autor = Sylvia ALAPPAT, Zun Yi ZHANG and Yi Ping CHEN}}</ref>. I per acabar, alguna mutació en els homeobox PAX desencadenarà una malaltia relacionada amb la visió<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = Pax genes in eye development and evolution|publicació = Current Opinion in Genetics & Development. ELSEVIER

Volume 15, Issue 4|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X05000912|data = Augustagost 2005|pàgines = 430–438|autor = Zbynek Kozmik}}</ref>. 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 = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2561923/|data = 2008 Aug|pàgines = 216(2): 337–346|autor = Olivier Duverger, Maria I. Morasso}}</ref>. Així per exemple, una versió mutant del gen que codifica la proteïna homeòtica toràcica determina que també s'expressi en el segment cefàlic. En aquest lloc se sobreposa amb la proteïna normal activadora del gen de les antenes i designa el segment com a toràcic en comptes de cefàlic, la qual cosa produeix el desenvolupament de potes en lloc d'antenes<ref name=":3">{{Ref-llibre|cognom = |nom = |títol = Biocontext 2|url = |edició = 1a edició|llengua = Català|data = 2011|editorial = Teide|lloc = Barcelona|pàgines = 220-1|isbn = 978-84-307-5288-1|autor = M. Costa, M. Formiga, M. Llobera, J.M.Llort, J. de Manuel, J. Molina, P. Montserrat, T. Padrosa}}</ref>.

Volume 248, Issue 1|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014482799944518|data = 10 Aprilabril 1999|pàgines = Pages 1–9|autor = Clemente Cilloa, Antonio Faiellab, Monica Cantilea, Edoardo Boncinellib}}</ref>.

Els dominis homeobox es van descobrir quan s’estudiaven animals que tenien uns determinats gens mutats i presentaven parts del cos a llocs incorrectes, i que 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 homeòtics, que actualment anomenem gens HOX. Cal tenir en compte que el motiu de l’homeobox es troba en molts gens que no són HOX.[[Fitxer:Relació gens homeòtics i homeobox.jpeg|thumb|Esquema on es veuen representats els diferents clústers d'un gen homeòtic. |414x414px]]Els gens HOX es troben en clústers als [[Cromosoma|cromosomes]]<ref>{{Ref-publicació|cognom = Garcia-Fernandez|nom = Jordi|article = |publicació = “The Genesis and Evolution of Homeobox Gene Clusters.” Nature Reviews Genetics|url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16341069|data = 2005|pàgines = 881–92}}</ref>. Així, el terme <HOX clúster> fa referència a un grup de gens homeòtics que tenen una funció molt important en la formació d’estructures en la part anterior-posterior de l’eix corporal. Cal remarcar que la quantitat de clústers que té l’organisme depèn de l’ésser viu en qüestió. Els [[vertebrats mandibulats]], per exemple, tenen quatre HOX clústers, mentre que els [[nematodes]], [[artròpodes]] i [[cefalocordats]] tenen un sol [[clúster]]<ref>{{Ref-web|url = http://www.encyclopedia.com/doc/1O6-Hoxgenes.html|títol = Hox genes|consulta = 26/10/2015|llengua = Anglèsanglès|editor = A Dictionary of Biology originally published by Oxford University Press|data = 2004}}</ref>. En els mamífers aquests quatre clústers es designen ''HOX A, HOX B, HOX C'' i ''HOX D,'' i es troben cadascun en un cromosoma separat. Els gens HOX estan molt conservats, mostrant una similtud remarcable amb la seqüència d'[[Àcid desoxiribonucleic|ADN]]. En tots els embrions dels animals estudiats, els gens HOX presenten colinealitat: la seva seqüència d'expressió de segments corporals del cap a la cua reflecteix el seu arranjament lineal en els clústers de gens homeòtics<ref>{{Ref-web|url = http://www.encyclopedia.com/doc/1O6-Hoxgenes.html|títol = Hox genes|consulta = 26/10/2015|llengua = Anglèsanglès|editor = A Dictionary of Biology. Encyclopedia|data = 2004}}</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)<ref>{{Ref-web|url = http://www.enciclopedia.cat/EC-GEC-0273193.xml|títol = Gens HOX|consulta = 26/10/2015|llengua = Català|editor = Enciclopèdia Catalana, SAU|data = }}</ref>.

La primera vegada que es va tenir coneixement sobre l’existència de l'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-publicació|cognom = |nom = |article = Vertebrate homeobox genes|publicació = Current Opinion in Cell Biology ELSEVIER|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/095506749190116G|data = Decemberdesembre 1991|pàgines = Pages 976-982|autor = Christopher V.E. Wright}}</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>

En termes genèrics, les homeoproteïnes juguen un paper molt important en el [[desenvolupament embrionari]] dels organismes. Regulen l'expressió gènica i són les encarregades de la formació d'estructures corporals durant aquest període de l'embaràs. Molts homeodominis són els inductors de la diferenciació cel·lular per tal de produir teixits i òrgans sencers. Altres proteïnes del mateix tipus, com per exemple les [[:en:Homeobox_protein_NANOG|NANOG]], estan directament relacionades amb la [[pluripotència]]<ref>{{Ref-web|url = http://www.uniprot.org/uniprot/Q9H9S0|títol = UniProt Homeobox protein NANOG|consulta = 23/10/15|llengua = Anglèsanglès|editor = |data = }}</ref>. En els primers moments de desenvolupament de la cèl·lula, el transductor de l'homeoproteïna participa en els patrons dels teixits, en l'orientació de la cèl·lula i en els moviments d'aquesta. La presència de mutacions a les homeoproteïnes, que s'han investigat en els últims anys en la ''[[Drosophila melanogaster|Drosophila melanogaster,]]'' provoca un desenvolupament equivocat de certs segments corporals<ref>{{Ref-llibre|cognom = Müller-Esterl|nom = Werner|títol = Bioquímica. Fundamentos para medicina y ciencias de la vida|url = https://books.google.es/books?id=X2YVG6Fzp1UC&printsec=frontcover&dq=muller+esterl+bioquimica&hl=ca&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=homeoprote%C3%ADnas&f=false|edició = |llengua = |data = 2008|editorial = Reverte|lloc = |pàgines = |isbn = 9788429173932}}</ref>. Com a exemple, destaquem l'homeoproteïna anomenada factor de transcripció Pit-1. El dèficit d'aquesta homeoproteïna en concret acaba provocant un nanisme hipofisiari en humans<ref>{{Ref-publicació|cognom = |nom = |article = The Pit-1 transcription factor gene is a candidate for the murine Snell dwarf mutation|publicació = Genomics Volume 8, Issue 3|url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0888754390900505|data = Novembernovembre 1990|pàgines = 586–590|autor = Sally A. Camper, Thomas L. Saunders, Ronald W. Katz, Roger H. Reeves}}</ref>.