ยีน Hox และการกำหนดรูปแบบตามแนวแกนลำตัว

ยีน Hox ที่รวมกลุ่มกันกำหนดเอกลักษณ์ให้กับบริเวณต่างๆ ตามแนวแกนจากหัวจรดหาง ทำให้แต่ละส่วนของร่างกายมีลักษณะเฉพาะตัว

Definition

ยีน Hox เป็นกลุ่มยีนปัจจัยการถอดรหัสที่มีโฮมีโอโบซที่ได้รับการอนุรักษ์ ซึ่งทำหน้าที่กำหนดเอกลักษณ์เฉพาะภูมิภาคตามแนวแกนหน้า-หลังของร่างกาย การกำหนดรูปแบบตามแนวแกนลำตัว (axial patterning) คือการสร้างเอกลักษณ์ที่แตกต่างกันในตำแหน่งที่ต่อเนื่องกันตามแนวแกนนั้น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมยีน Hox ซึ่งเป็นปัจจัยการถอดรหัสที่มีโฮมีโอโบซ (homeobox-containing transcription factors) ที่ระบุเอกลักษณ์เชิงตำแหน่งตามแนวแกนหน้า-หลัง รวมถึงการจัดเรียงตัวเป็นกลุ่ม ความสัมพันธ์เชิงเส้นตรง (colinearity) ระหว่างลำดับในจีโนมกับขอบเขตการทำงาน การอนุรักษ์อย่างลึกซึ้งในสัตว์ต่างๆ และการเปลี่ยนแปลงแบบโฮมีโอติก (homeotic transformations) ที่เกิดจากการกลายพันธุ์

Core questions

• ยีน Hox กำหนดเอกลักษณ์ที่แตกต่างกันให้กับบริเวณต่างๆ ของร่างกายได้อย่างไร?
• เหตุใดลำดับของยีน Hox บนโครโมโซมจึงตรงกับลำดับการทำงานของยีนเหล่านั้นในร่างกาย?
• จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อยีน Hox เกิดการกลายพันธุ์หรือแสดงออกผิดปกติ?
• ยีน Hox มีการอนุรักษ์มากน้อยเพียงใดในอาณาจักรสัตว์?

Key concepts

• โฮมีโอโบซและโฮมีโอโดเมน
• กลุ่มยีน Hox
• ความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงเชิงพื้นที่
• การเปลี่ยนแปลงแบบโฮมีโอติก
• การอนุรักษ์ในสัตว์ต่างๆ

Key theories

ความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงของลำดับและการแสดงออกของยีน Hox

ยีน Hox จัดเรียงตัวเป็นกลุ่มในลำดับเดียวกับบริเวณของร่างกายที่ยีนเหล่านั้นกำหนดรูปแบบ ดังนั้นยีนที่ปลายด้านหนึ่งของกลุ่มจะทำงานในส่วนหน้า และยีนที่ปลายอีกด้านหนึ่งจะทำงานในส่วนหลัง ซึ่งเชื่อมโยงการจัดระเบียบทางจีโนมกับการแสดงออกเชิงพื้นที่

Mechanisms

ยีน Hox เข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัสที่มีโฮมีโอโดเมน (DNA-binding homeodomain) ซึ่งควบคุมชุดของยีนปลายน้ำที่กำหนดลักษณะของบริเวณต่างๆ ของร่างกาย ยีนเหล่านี้จัดเรียงตัวเป็นกลุ่มในจีโนม โดยลำดับของยีนจะสอดคล้องกับลำดับของบริเวณที่ยีนเหล่านั้นกำหนดรูปแบบตามแนวแกนลำตัว ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่าความสัมพันธ์เชิงเส้นตรง (colinearity) ยีน Hox แต่ละตัวจะแสดงออกในขอบเขตที่กำหนด และการรวมกันของยีน Hox ที่ทำงานอยู่ในบริเวณหนึ่งจะระบุเอกลักษณ์ของบริเวณนั้น การสูญเสียหรือการแสดงออกผิดที่ของยีน Hox ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบโฮมีโอติก ซึ่งส่วนหนึ่งของร่างกายพัฒนาขึ้นโดยมีเอกลักษณ์ของส่วนอื่น กลุ่มยีนเดียวกันนี้ ซึ่งมีลำดับโฮมีโอโบซที่ได้รับการอนุรักษ์ จะกำหนดรูปแบบตามแนวแกนของสัตว์ที่หลากหลาย เช่น แมลงวันและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

Clinical relevance

การกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อยีน Hox และการควบคุมของยีนเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของแขนขาและโครงกระดูกในมนุษย์ และการอนุรักษ์ยีนเหล่านี้ทำให้ผลการวิจัยจากสิ่งมีชีวิตต้นแบบมีความเกี่ยวข้องโดยตรง บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ความรู้และไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์

History

การวิเคราะห์คอมเพล็กซ์ไบโธแรกซ์ (bithorax complex) ของ Lewis ได้เปิดเผยยีนที่ควบคุมเอกลักษณ์ของส่วนต่างๆ ในแมลงวัน การค้นพบในภายหลังเกี่ยวกับลำดับโฮมีโอโบซที่ใช้ร่วมกันแสดงให้เห็นว่ายีนเหล่านี้เป็นของตระกูลที่ได้รับการอนุรักษ์ซึ่งมีอยู่ในอาณาจักรสัตว์ทั้งหมด ซึ่งเปลี่ยนแปลงความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของแผนผังร่างกาย

Key figures

• Edward B. Lewis
• William McGinnis
• Walter Gehring

Seminal works

• lewis1978
• gilbert2016

Frequently asked questions

การเปลี่ยนแปลงแบบโฮมีโอติกคืออะไร?

เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ส่วนหนึ่งของร่างกายพัฒนาขึ้นโดยมีเอกลักษณ์ของส่วนอื่น เช่น แมลงวันมีขาขึ้นในตำแหน่งที่ควรจะเป็นหนวด ซึ่งเกิดจากการทำงานของยีน Hox ที่เปลี่ยนแปลงไป

ความสัมพันธ์เชิงเส้นตรง (colinearity) หมายถึงอะไรสำหรับยีน Hox?

หมายความว่าลำดับของยีนบนโครโมโซมตรงกับลำดับของบริเวณของร่างกายที่ยีนเหล่านั้นกำหนดรูปแบบ ดังนั้นการจัดเรียงยีนจึงสะท้อนถึงแนวแกนของร่างกาย