Homeobox Genleri ve Gelişimsel Gen İfadesi
Homeobox genleri, korunmuş bir DNA bağlama bölgesi olan homeodomain'i paylaşan transkripsiyon faktörlerini kodlamakta ve gelişimsel gen ifadesinin ana düzenleyicileri olarak işlev görmektedir. Bunlar arasında Hox genleri, vücudun baş-kuyruk ekseni boyunca konumsal kimliği belirlemekte, her bir bölgenin neye dönüşeceğini tayin etmektedir. Homeobox genleri, aşağı akış gen gruplarını uzamsal olarak düzenlenmiş desenlerde açıp kapatarak, eksenel konumu segmentlerin, dokuların ve organların kimliğine dönüştürmektedir.
Tanım
Homeobox, yaklaşık 180 baz çifti uzunluğunda, homeodomain'i (bir DNA bağlayıcı protein motifi) kodlayan korunmuş bir DNA dizisidir. Homeobox genleri, bu diziyi içeren genlerdir; bunlar, Hox ailesi de dahil olmak üzere, gelişimsel genlerin uzamsal ifadesini düzenleyen ve vücut eksenleri boyunca bölgesel kimlik kazandıran transkripsiyon faktörlerini kodlamaktadır.
Kapsam
Bu madde, homeobox ve homeodomain'in yapısını ve işlevini, Hox gen kümelerinin organizasyonunu ve kolineer ifadesini, bu transkripsiyon faktörlerinin gelişimsel gen ifadesini nasıl düzenlediğini ve hayvanlar alemindeki derin korunmuşluklarını kapsamaktadır. Homeobox genlerini gelişim biyolojisinde moleküler bir konu olarak ele almakta olup, klinik bir rehberlikten ziyade referans ve eğitim amaçlıdır.
Temel sorular
- Homeodomain nedir ve transkripsiyonu düzenlemek için DNA'ya nasıl bağlanmaktadır?
- Hox genleri, ön-arka eksen boyunca kimliği nasıl belirlemektedir?
- Hox genleri neden kümeler halinde düzenlenmektedir ve kolinearite nedir?
- Homeobox genleri hayvanlar aleminde ne kadar korunmuştur?
Anahtar kavramlar
- Homeodomain DNA bağlama motifi
- Hox genleri ve homeotik dönüşüm
- Hox kümelerinin uzamsal kolinearitesi
- Ön-arka eksenel kimlik
- Hedef gen gruplarının transkripsiyon faktörü düzenlemesi
- Hayvanlar arası evrimsel korunma
Temel kuramlar
- Hox kolinearitesi ve eksenel kimlik
- Hox genleri, kromozomal kümeler halinde düzenlenmekte olup, bu kümelerin sırası, ön-arka eksen boyunca kontrol ettikleri vücut bölgelerinin sırasına karşılık gelmektedir; böylece bir genin kümedeki konumu, nerede ve ne zaman ifade edileceğini ve hangi segmental kimliği kazandıracağını öngörmektedir.
- Homeobox'ın korunumu
- Sinek homeotik genlerinde bulunan bir homeobox dizisinin uzak akraba hayvanlar arasında paylaşıldığının keşfi, düzenleyici transkripsiyon faktörlerinin korunmuş bir ailesinin hayvanlar alemi boyunca vücut eksenini kalıpladığını ortaya koymuştur.
Mekanizmalar
Homeobox genleri, homeodomain'i hedef genlerin düzenleyici bölgelerindeki spesifik DNA dizilerine bağlanan bir sarmal-dönüş-sarmal (helix-turn-helix) yapısına katlanan transkripsiyon faktörlerini kodlamaktadır. Bu dizilere bağlanarak, homeodomain proteinleri aşağı akış gen gruplarını aktive etmekte veya baskılamakta, böylece ifade edildikleri hücrelerin gelişimsel programını kontrol etmektedir. Hox alt kümesi, gen sırasının kalıpladıkları bölgelerin ön-arka (anterior-posterior) sırasını yansıttığı kromozomal kümeler halinde organize olmaktadır — bu özelliğe uzamsal kolinearite denilmektedir — böylece her vücut bölgesi, kimliğini belirleyen belirli bir Hox gen kombinasyonunu ifade etmektedir. Bir Hox geninin kaybı veya ektopik (yanlış yerde) ifadesi, bir vücut parçasını diğerinin benzerine dönüştürebilmektedir; bu, bu genlerin bölgesel kimliğin seçicileri olarak işlev gördüğünü gösteren homeotik bir dönüşümdür. Homeobox güçlü bir şekilde korunmuştur, bu nedenle eksenel kalıplamanın aynı mantığı, geniş ölçüde farklı hayvanlarda işlemektedir.
Klinik önem
Homeobox genlerindeki mutasyonlar, uzuvları, aksiyel iskeleti ve organları etkileyen bir dizi doğumsal malformasyonla ilişkilendirilmekte ve bazı homeobox genlerinin değişmiş ifadesi kanserlerde gözlenmektedir. Bu madde, moleküler işlevi referans ve eğitim amaçlı açıklamakta olup, tanı veya tedavi için bir temel oluşturmamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
Kanıtlar, model organizmalardaki genetik ve moleküler biyolojiye (meyve sineğindeki klasik homeotik mutantlar, Hox kümelerinin dizi ve ifade çalışmaları ve omurgalılardaki hedeflenmiş gen manipülasyonları) dayanmakta olup, klinik kılavuzlardan ziyade derleme literatüründe ve ders kitaplarında sentezlenmektedir.
Tarihçe
Edward Lewis'in meyve sineğindeki bithorax kompleksine ilişkin analizi, bir gen kümesinin vücut boyunca segmental kimliği kontrol ettiğini göstermiştir. 1984 yılında homeobox, sinek homeotik genleri arasında paylaşılan korunmuş bir DNA dizisi olarak tanımlanmış ve kısa süre sonra omurgalılar da dahil olmak üzere birçok hayvanda bulunarak, eksenel kalıplama düzenleyicilerinin evrensel bir ailesini ortaya çıkarmıştır. Sonraki çalışmalar, omurgalı Hox kümelerini haritalamış ve kolineer ifade prensibini oluşturarak, homeobox genlerini gelişim genetiğinin bir köşe taşı haline getirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Edward B. Lewis
- Walter Gehring
- William McGinnis
- Robb Krumlauf
- Christiane Nusslein-Volhard
İlgili konular
Temel eserler
- lewis-1978
- mcginnis-1984
- krumlauf-1994
Sıkça sorulan sorular
- Homeobox geni ile Hox geni arasındaki fark nedir?
- Homeobox genleri, homeobox içeren ve homeodomain transkripsiyon faktörlerini kodlayan geniş bir gen ailesidir; Hox genleri ise, ön-arka vücut ekseni boyunca kimliği belirleyen homeobox genlerinin spesifik, kümelenmiş bir alt kümesidir.
- Hox genleri için kolinearite ne anlama gelmektedir?
- Kolinearite, Hox genlerinin kromozom boyunca fiziksel sırası ile kalıpladıkları vücut bölgelerinin (baştan kuyruğa doğru) sırası arasındaki karşılıklı ilişkiyi ifade etmektedir; böylece bir genin kümedeki konumu, nerede etki edeceğini öngörmektedir.