Hox-Gene und axiale Musterbildung

Wie geclusterte Hox-Gene Regionen entlang der Kopf-Schwanz-Achse eine Identität zuweisen und jedem Körpersegment seinen unverwechselbaren Charakter verleihen.

Definition

Hox-Gene sind eine konservierte Familie von Homeobox-enthaltenden Transkriptionsfaktor-Genen, die die regionale Identität entlang der anterior-posterioren Körperachse zuweisen; axiale Musterbildung ist die Etablierung unterschiedlicher Identitäten an aufeinanderfolgenden Positionen entlang dieser Achse.

Scope

Dieses Thema behandelt die Hox-Gene – Homeobox-enthaltende Transkriptionsfaktoren, die die Positionsidentität entlang der anterior-posterioren Achse spezifizieren – einschließlich ihrer Organisation in Clustern, der Kollinearität zwischen ihrer genomischen Anordnung und ihren Wirkungsbereichen, ihrer tiefen Konservierung bei Tieren und der homöotischen Transformationen, die durch ihre Mutation verursacht werden.

Core questions

• Wie verleihen Hox-Gene verschiedenen Körperregionen ihre unterschiedlichen Identitäten?
• Warum stimmt die Reihenfolge der Hox-Gene auf dem Chromosom mit ihrer Wirkungsreihenfolge im Körper überein?
• Was passiert, wenn Hox-Gene mutiert oder fehlexprimiert werden?
• Wie stark sind Hox-Gene im Tierreich konserviert?

Key concepts

• Homeobox und Homeodomäne
• Hox-Gen-Cluster
• Räumliche Kollinearität
• Homöotische Transformationen
• Konservierung bei Tieren

Key theories

Kollinearität der Hox-Gen-Anordnung und -Expression

Hox-Gene sind in Clustern in derselben Reihenfolge angeordnet wie die Körperregionen, die sie mustern, sodass Gene an einem Ende des Clusters anterior wirken und solche am anderen Ende posterior wirken, wodurch die genomische Organisation mit der räumlichen Entfaltung verknüpft wird.

Mechanisms

Hox-Gene kodieren Transkriptionsfaktoren mit einer DNA-bindenden Homeodomäne, die Batterien von nachgeschalteten Genen regulieren, welche den Charakter einer Körperregion bestimmen. Sie sind in genomischen Clustern angeordnet, deren Reihenfolge der Reihenfolge der Regionen entspricht, die sie entlang der Körperachse mustern, eine Eigenschaft, die als Kollinearität bezeichnet wird. Jedes Hox-Gen wird in einem definierten Bereich exprimiert, und die Kombination der in einer Region aktiven Hox-Gene spezifiziert deren Identität. Der Verlust oder die ektopische Expression eines Hox-Gens verursacht eine homöotische Transformation, bei der sich ein Körperteil mit der Identität eines anderen entwickelt. Dieselben Gencluster mit konservierten Homeobox-Sequenzen mustern die Achsen von Tieren, die so unterschiedlich sind wie Fliegen und Säugetiere.

Clinical relevance

Mutationen, die Hox-Gene und ihre Regulation betreffen, sind beim Menschen mit Fehlbildungen der Gliedmaßen und des Skeletts assoziiert, und die Konservierung dieser Gene macht Befunde aus Modellorganismen direkt relevant. Dieser Eintrag dient der Bildung und bietet keine klinische Beratung.

History

Lewis' Analyse des Bithorax-Komplexes enthüllte Gene, die die segmentale Identität bei der Fliege steuern. Die spätere Entdeckung der gemeinsamen Homeobox-Sequenz zeigte, dass diese Gene zu einer konservierten Familie gehören, die im gesamten Tierreich vorhanden ist, was das Verständnis der Evolution des Körperbaus revolutionierte.

Key figures

• Edward B. Lewis
• William McGinnis
• Walter Gehring

Seminal works

• lewis1978
• gilbert2016

Frequently asked questions

Was ist eine homöotische Transformation?

Es ist eine Veränderung, bei der sich ein Körperteil mit der Identität eines anderen entwickelt – zum Beispiel eine Fliege, die Beine anstelle von Antennen entwickelt – verursacht durch eine veränderte Hox-Gen-Aktivität.

Was bedeutet Kollinearität für Hox-Gene?

Es bedeutet, dass die Reihenfolge der Gene entlang des Chromosoms mit der Reihenfolge der Körperregionen übereinstimmt, die sie mustern, sodass die Genanordnung die Körperachse widerspiegelt.