גני Hox מש' גנים גדולה כי הם אחראים המסדירים את הפיתוח של מבנים בגוף. הם נמצאו בכל המטאזואנים ובשושלות אחרות, כמו צמחים ובעלי חיים. לכן הם מאופיינים בכך שהם שמורים מאוד מבחינה אבולוציונית.
גנים אלה פועלים באופן הבא: הם מקודדים לגורם שעתוק - חלבון המסוגל לקיים אינטראקציה עם DNA - אשר בא לידי ביטוי באזור ספציפי של האדם החל משלבי ההתפתחות המוקדמים ביותר. רצף כריכת DNA זה נקרא הומוקס.
מקור: אנטוניו קוואסדה דיאז, דרך ויקימדיה
עם כמעט 30 שנות מחקר בתחום זה, מדענים חקרו שושלות שונות והגיעו למסקנה כי דפוסי הביטוי של גנים אלה קשורים מאוד לאזוריות של צירי גוף.
עדות זו מצביעה על כך שגני הוקס מילאו תפקיד חיוני בהתפתחות התוכניות הגופניות של יצורים חיים, במיוחד בילטריה. כך, גנים של הוקס אפשרו להסביר את המגוון המרהיב של צורות בעלי החיים, מנקודת מבט מולקולרית.
בנו בני האדם, ישנם 39 גנים של הוקס. אלה מקובצים לארבעה אשכולות או קבוצות, הממוקמים על כרומוזומים שונים: 7p15, 17q21.2, 12q13 ו- 2q31.
תַגלִית
גילוי הגנים של הוקס היווה אבן דרך בביולוגיה אבולוציונית והתפתחותית. גנים אלה התגלו בין שנות ה -70 וה -80 בזכות התבוננות בשתי מוטציות מפתח בזבוב הפירות, Drosophila melanogaster.
אחת המוטציות, אנטנה-מדיה, הופכת את האנטנות לרגליים, ואילו המוטציה הביטורקסית גורמת להפיכת הלטרים (מבנים משתנים, האופייניים לחרקים מכונפים) לזוג כנפיים אחר.
כפי שניתן לראות, כאשר לגנים של הוקס יש מוטציות, התוצאה של זה היא די דרמטית. וכמו בתסיסנית, השינוי מוביל להיווצרות מבנים במקומות הלא נכונים.
לפני גילוי הגנים של הוקס, מרבית הביולוגים האמינו כי המגוון המורפולוגי נתמך על ידי מגוון ברמת ה- DNA. היה הגיוני להניח כי ההבדלים הברורים בין לוויתן לבין ציפור יונקים, למשל, היו צריכים לבוא לידי ביטוי במונחים גנטיים.
עם כניסתם של הגנים של הוקס, חשיבה זו קיבלה תפנית שלמה, ופינה את מקומה לפרדיגמה חדשה בביולוגיה: מסלול משותף להתפתחות גנטית המאחד את האונטוגניות של המטאזואנים.
מהם הגנים של הוקס?
לפני שמגדירים את המושג גנים של הוקס, חשוב לדעת מהו גן ואיך הוא עובד. גנים הם רצפי DNA שהמסר שלהם בא לידי ביטוי בפנוטיפ.
המסר של ה- DNA כתוב בנוקלאוטידים, בחלק מהמקרים אלה עוברים ל- RNA שליח וזה מתורגם על ידי ריבוזומים לרצף של חומצות אמינו - "אבני הבניין" המבניות של חלבונים.
גנים של הוקס הם המעמד הידוע ביותר של גנים הומוטיים, שתפקידם לשלוט בדפוסים ספציפיים של מבני גוף. אלה הם האחראים על בקרת זהות הקטעים לאורך הציר האנטרוסטוסטורי של בעלי החיים.
הם שייכים למשפחה אחת של גנים המקודדת חלבון שיש לו רצף חומצות אמינו ספציפי המסוגל לקיים אינטראקציה עם מולקולת ה- DNA.
זה המקום בו המונח הומובוקס בא לתיאור קטע זה בגן, בעוד שבחלבון הוא נקרא homeodomain. לרצף ההומובוקס יש רצף של 180 זוגות בסיסים ותחומים אלה נשמרים מאוד מבחינה אבולוציונית בקרב תפילות שונות.
הודות לאינטראקציה זו עם DNA, הגנים של הוקס מסוגלים לווסת את התעתיק של גנים אחרים.
המינוח
הגנים המעורבים בתפקודים מורפולוגיים אלה נקראים לוקוסים הומוטיים. בממלכת החיות, החשובים ביותר מכונים לוקוסים HOM (בחסרי חוליות) ו- לוקס הוקס (בעלי חוליות). עם זאת, הם ידועים בדרך כלל בשם לוקס הוקס.
מאפיינים
לגנים של הוקס סדרה של מאפיינים מאוד מוזרים ומעניינים. היבטים מרכזיים אלה עוזרים להבין את תפקודה ואת תפקידה הפוטנציאלי בביולוגיה אבולוציונית.
גנים אלו מאורגנים ל"מתחמי גנים ", מה שאומר שהם קרובים זה לזה על הכרומוזומים - מבחינת מיקומם המרחבי.
המאפיין השני הוא המתאם המפתיע שקיים בין סדר הגנים ברצף ה- DNA והמיקום האנטרוסטוסטורי של תוצרי הגנים הללו בעובר. פשוטו כמשמעו הגנים "קדימה" נמצאים בעמדה זו.
באופן דומה, בנוסף לקוליניאריות המרחבית, יש מתאם זמני. גנים שנמצאים בסוף השלוש עשרה מתרחשים מוקדם יותר בהתפתחותו של הפרט, בהשוואה לאלו שנמצאו בהמשך.
הגנים של הוקס שייכים לשיעור הנקרא ANTP, הכולל גם את הגנים של ParaHox (הקשורים לאלה), גנים של NK ואחרים.
התפתחות הגנים
אף גנים משיעור ה- ANTP לא היו מהמטאזואנים. באבולוציה האבולוציונית של קבוצת בעלי חיים זו היו בעלי החבורה הקבוצה הראשונה שנפרדה, ואחריהם נראו הצנינאים. שתי שושלות אלה מייצגות את שתי קבוצות הבסיס של הדו-צדדים.
ניתוח גנטי שנערך על הספוג המפורסם אמפימדון קווינסלנדיקה - תהילתו נובע מגנים למערכת העצבים - גילה שלחורבה זו יש כמה גנים מסוג NK, אך אין גנים מסוג Hox או ParaHox.
גנים של הוקס ככאלה לא דווחו אצל צנינאים העומדים בתכונות האמורות. עם זאת, ישנם גנים דמויי הוקס.
לעומת זאת, חסרי חוליות הם מקבץ יחיד של גנים הוקס, בעוד שלחולייתנים יש מספר עותקים. עובדה זו הייתה מכרעת והיוותה השראה להתפתחות תיאוריות על התפתחות הקבוצה.
מקור חוליות
ההשקפה הקלאסית בפן זה טוענת כי ארבעת אשכולות הגנים בגנום האנושי מקורם בזכות שני סבבי שכפול של הגנום כולו. עם זאת, פיתוח טכנולוגיות רצף חדשות הטילו ספק בתיאוריה.
העדויות החדשות תומכות בהשערה הקשורה לאירועים בקנה מידה קטן (שכפול קטעים, שכפול אינדיבידואלי של גנים וטרנסלוקציות) שהשיגו את המספר הגבוה של גני הוקס שאנו צופים כיום בקבוצה זו.
הפניות
- Acampora, D., D'esposito, M., Faiella, A., Pannese, M., Migliaccio, E., Morelli, F., … & Boncinelli, E. (1989). משפחת הגן האנושית HOX. מחקר חומצות גרעין, 17 (24), 10385-10402.
- פרנר, DE (2011). גנים של Hox ו- ParaHox באבולוציה, פיתוח וגנומיקה. גנומיקה, פרוטאומיקה וביואינפורמטיקה, 9 (3), 63-4.
- Hrycaj, SM, & Wellik, DM (2016). גנים של הוקס ואבולוציה. F1000 מחקר, 5, F1000 הפקולטה Rev-859.
- Lappin, TR, Grier, DG, Thompson, A., & Halliday, HL (2006). גנים של HOX: מדע מפתה, מנגנונים מסתוריים. כתב העת הרפואי אלסטר, 75 (1), 23-31.
- פירסון, ג'יי סי, לימונים, ד, ומקגיניס, וו. (2005). אפנון תפקודי גן הוקס במהלך דפוסי גוף בעלי חיים. Nature Reviews Genetics, 6 (12), 893.