होमोबॉक्स जीन और विकासात्मक जीन अभिव्यक्ति

होमोबॉक्स जीन प्रतिलेखन कारकों (transcription factors) को एन्कोड करते हैं जो एक संरक्षित डीएनए-बाध्यकारी क्षेत्र, होमोडोमेन (homeodomain) साझा करते हैं, और विकासात्मक जीन अभिव्यक्ति के मास्टर नियामक के रूप में कार्य करते हैं। इनमें, हॉक्स जीन (Hox genes) शरीर के सिर से पूंछ तक की धुरी के साथ स्थितिगत पहचान (positional identity) निर्दिष्ट करते हैं, यह निर्धारित करते हैं कि प्रत्येक क्षेत्र क्या बनता है। स्थानिक रूप से व्यवस्थित पैटर्न में डाउनस्ट्रीम जीनों के बैटरी को चालू और बंद करके, होमोबॉक्स जीन अक्षीय स्थिति को खंडों, ऊतकों और अंगों की पहचान में अनुवादित करते हैं।

Definition

एक होमोबॉक्स एक संरक्षित डीएनए अनुक्रम है, जो लगभग 180 बेस जोड़े लंबा होता है, जो होमोडोमेन — एक डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन रूपांकन (motif) को एन्कोड करता है। होमोबॉक्स जीन वे जीन होते हैं जिनमें यह अनुक्रम होता है; वे प्रतिलेखन कारकों को एन्कोड करते हैं, जिसमें हॉक्स परिवार भी शामिल है, जो विकासात्मक जीनों की स्थानिक अभिव्यक्ति को विनियमित करते हैं और शरीर की धुरी के साथ क्षेत्रीय पहचान प्रदान करते हैं।

Scope

यह प्रविष्टि होमोबॉक्स और होमोडोमेन की संरचना और कार्य, हॉक्स जीन समूहों के संगठन और सह-रेखीय अभिव्यक्ति (colinear expression), ये प्रतिलेखन कारक विकासात्मक जीन अभिव्यक्ति को कैसे विनियमित करते हैं, और जानवरों में उनका गहरा संरक्षण शामिल करती है। यह होमोबॉक्स जीनों को विकासात्मक जीव विज्ञान में एक आणविक विषय के रूप में मानती है और संदर्भ और शैक्षिक है, नैदानिक मार्गदर्शन नहीं।

Core questions

• होमोडोमेन क्या है और यह प्रतिलेखन को विनियमित करने के लिए डीएनए को कैसे बांधता है?
• हॉक्स जीन पूर्वकाल-पश्च धुरी के साथ पहचान कैसे निर्दिष्ट करते हैं?
• हॉक्स जीन समूहों में क्यों व्यवस्थित होते हैं, और सह-रेखीयता क्या है?
• पशु साम्राज्य में होमोबॉक्स जीन कितने संरक्षित हैं?

Key concepts

• होमोडोमेन डीएनए-बाध्यकारी रूपांकन
• हॉक्स जीन और होमियोटिक परिवर्तन
• हॉक्स समूहों की स्थानिक सह-रेखीयता
• पूर्वकाल-पश्च अक्षीय पहचान
• लक्ष्य जीन बैटरी का प्रतिलेखन-कारक विनियमन
• जानवरों में विकासवादी संरक्षण

Key theories

हॉक्स सह-रेखीयता और अक्षीय पहचान

हॉक्स जीन गुणसूत्र समूहों में व्यवस्थित होते हैं जिनका क्रम पूर्वकाल-पश्च धुरी के साथ नियंत्रित होने वाले शरीर के क्षेत्रों के क्रम से मेल खाता है, ताकि समूह में एक जीन की स्थिति यह भविष्यवाणी करती है कि यह कहाँ और कब व्यक्त होता है और यह कौन सी खंडीय पहचान प्रदान करता है।

होमोबॉक्स का संरक्षण

यह खोज कि मक्खी के होमियोटिक जीनों में पाया जाने वाला एक होमोबॉक्स अनुक्रम दूर से संबंधित जानवरों में साझा किया जाता है, ने खुलासा किया कि नियामक प्रतिलेखन कारकों का एक संरक्षित परिवार पूरे पशु साम्राज्य में शरीर की धुरी को पैटर्न करता है।

Mechanisms

होमोबॉक्स जीन प्रतिलेखन कारकों को एन्कोड करते हैं जिनका होमोडोमेन एक हेलिक्स-टर्न-हेलिक्स संरचना में मुड़ता है जो लक्ष्य जीनों के नियामक क्षेत्रों में विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों को बांधता है। इन अनुक्रमों को बांधकर, होमोडोमेन प्रोटीन डाउनस्ट्रीम जीनों के बैटरी को सक्रिय या दबाते हैं, जिससे उन कोशिकाओं के विकासात्मक कार्यक्रम को नियंत्रित किया जाता है जिनमें वे व्यक्त होते हैं। हॉक्स उपसमूह गुणसूत्र समूहों में व्यवस्थित होता है जिसमें जीन क्रम उन क्षेत्रों के पूर्वकाल-पश्च (anterior-posterior) क्रम को दर्शाता है जिन्हें वे पैटर्न करते हैं — एक गुण जिसे स्थानिक सह-रेखीयता (spatial colinearity) कहा जाता है — ताकि प्रत्येक शरीर क्षेत्र हॉक्स जीनों का एक विशेष संयोजन व्यक्त करे जो उसकी पहचान निर्दिष्ट करता है। हॉक्स जीन के नुकसान या एक्टोपिक अभिव्यक्ति (ectopic expression) से शरीर का एक हिस्सा दूसरे के समान हो सकता है, एक होमियोटिक परिवर्तन (homeotic transformation) जो दर्शाता है कि ये जीन क्षेत्रीय पहचान के चयनकर्ता के रूप में कार्य करते हैं। होमोबॉक्स दृढ़ता से संरक्षित है, इसलिए अक्षीय पैटर्न का वही तर्क व्यापक रूप से भिन्न जानवरों में संचालित होता है।

Clinical relevance

होमोबॉक्स जीनों में उत्परिवर्तन (mutations) अंगों, अक्षीय कंकाल और अंगों को प्रभावित करने वाली जन्मजात विकृतियों (congenital malformations) की एक श्रृंखला से जुड़े हैं, और कुछ होमोबॉक्स जीनों की परिवर्तित अभिव्यक्ति कैंसर में देखी जाती है। यह प्रविष्टि संदर्भ और शिक्षा के लिए आणविक कार्य की व्याख्या करती है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य मॉडल जीवों में आनुवंशिकी और आणविक जीव विज्ञान पर आधारित है — फल मक्खी में शास्त्रीय होमियोटिक उत्परिवर्ती, हॉक्स समूहों के अनुक्रम और अभिव्यक्ति अध्ययन, और कशेरुकियों में लक्षित जीन हेरफेर — नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय समीक्षा साहित्य और पाठ्यपुस्तकों में संश्लेषित।

History

फल मक्खी में बाइथोरैक्स कॉम्प्लेक्स (bithorax complex) के एडवर्ड लुईस के विश्लेषण से पता चला कि जीनों का एक समूह शरीर के साथ खंडीय पहचान को नियंत्रित करता है। 1984 में होमोबॉक्स को मक्खी के होमियोटिक जीनों के बीच साझा एक संरक्षित डीएनए अनुक्रम के रूप में पहचाना गया था और, जल्द ही, कशेरुकियों सहित कई जानवरों में, अक्षीय-पैटर्न नियामकों के एक सार्वभौमिक परिवार का खुलासा किया गया। बाद के काम ने कशेरुकी हॉक्स समूहों का मानचित्रण किया और सह-रेखीय अभिव्यक्ति के सिद्धांत को स्थापित किया, जिससे होमोबॉक्स जीन विकासात्मक आनुवंशिकी की आधारशिला बन गए।

Key figures

• Edward B. Lewis
• Walter Gehring
• William McGinnis
• Robb Krumlauf
• Christiane Nusslein-Volhard

Seminal works

• lewis-1978
• mcginnis-1984
• krumlauf-1994

Frequently asked questions

होमोबॉक्स जीन और हॉक्स जीन में क्या अंतर है?

होमोबॉक्स जीन जीनों का व्यापक परिवार है जिसमें एक होमोबॉक्स होता है और जो होमोडोमेन प्रतिलेखन कारकों को एन्कोड करते हैं; हॉक्स जीन होमोबॉक्स जीनों का एक विशिष्ट गुच्छित उपसमूह है जो पूर्वकाल-पश्च शरीर की धुरी के साथ पहचान निर्दिष्ट करते हैं।

हॉक्स जीनों के लिए सह-रेखीयता का क्या अर्थ है?

सह-रेखीयता गुणसूत्र के साथ हॉक्स जीनों के भौतिक क्रम और शरीर के क्षेत्रों के क्रम, सिर से पूंछ तक, जिन्हें वे पैटर्न करते हैं, के बीच का पत्राचार है, इसलिए समूह में एक जीन की स्थिति यह भविष्यवाणी करती है कि यह कहाँ कार्य करता है।