Bugün öğrendim ki: Hayvanlarda embriyonun vücut planının baş-kuyruk eksenindeki bölgelerini belirleyen Hox genleri, sineklerden balıklara ve farelerden insanlara kadar en eski ortak genlerden bazılarıdır ve erken bir ortak ataya işaret eder.
Genler grubu
Hox genleri, homeobox genlerinin bir alt kümesidir ve hayvan embriyolarının baş-kuyruk ekseni boyunca vücut planının bölgelerini belirleyen ilişkili bir gen grubudur. Hox proteinleri, doğru yapılara vücudun doğru yerlerinde oluşmasını sağlayan "konum" özelliklerini kodlar ve belirler. Örneğin, böceklerde Hox genleri, bir segmentte hangi eklerin oluşacağını belirler (örneğin, meyve sineklerinde bacaklar, antenler ve kanatlar), ve omurgalılarda Hox genleri oluşacak vertebra türlerini ve şekillerini belirler. Bölümlü hayvanlarda, Hox proteinleri böylece segmental veya pozisyonel kimliği verir, ancak gerçek segmentleri kendileri oluşturmazlar.
Siliyalı larvalardaki Hox genleri üzerine yapılan çalışmalar, bu genlerin yalnızca gelecekteki yetişkin dokularda ifade edildiğini göstermiştir. Kademeli metamorfoza sahip larvalarda Hox genleri, genellikle gövde bölgesinde, metamorfoz yoluyla korunacak larvaların dokularında aktive olur. Tamamen metamorfoza sahip larvalarda ise Hox genleri genellikle genç rudimentlerde ifade edilir ve geçici larval dokularda bulunmaz. Hemichordata türü Schizocardium californicum'un ve Nemertea'nın pilidium larvaları Hox genlerini ifade etmezler. [1][2]
Hox genleri için bir benzetme, hangi sahneyi oyuncuların sonraki yapacakları konusunda karar veren bir oyun yönetmeninin rolüne yapılabilir. Eğer oyun yönetmeni sahneleri yanlış sırada söylerse, oyun genel olarak yanlış sırada sunulacaktır. Benzer şekilde, Hox genlerindeki mutasyonlar, vücut parçalarının ve uzuvlarının vücut boyunca yanlış bir yere yerleşmesine neden olabilir. Bir oyun yönetmeni gibi, Hox genleri oyunda hareket etmez veya uzuv oluşumuna kendileri katılmazlar.
Her bir Hox geninin protein ürünü, bir transkripsiyon faktörüdür. Her bir Hox geni, terim "Hox"un başlangıçta bir kısaltması olan ve iyi korunmuş bir DNA dizisi olan homeobox içerir. Bununla birlikte, günümüzde Hox terimi artık homeobox'a eşdeğer değildir, çünkü Hox genleri tek başına homeobox dizisine sahip tek genler değildir; örneğin, insanlarda 200'den fazla homeobox geni bulunur ve bunların 39'u Hox genidir. [3][4] Böylece, Hox genleri homeobox transkripsiyon faktör genlerinin bir alt kümesidir. Çoğu hayvan türünde, kromozomdaki Hox genlerinin düzenlenmesi, gelişmekte olan hayvanın ön-arka ekseni boyunca ifade edilme sırasına benzer ve bu nedenle kolinearite sergilediği söylenir. [5][6] Hox gen ürünlerinin vücutta yanlış bir yerde üretilmesi, metaplazi ile ilişkilidir ve onkolojik hastalıklara yatkınlık gösterir, örneğin Barrett özofagusu, değiştirilmiş Hox kodlamasının sonucu olup özofagus kanseri öncüsüdür. [7]
İşlev
[düzenle]
Hox genlerinin ürünleri Hox proteinleridir. Hox proteinleri, diğer yüzlerce geni aktive eden veya bastıran, enhancers olarak adlandırılan DNA'daki spesifik nükleotid dizilerine bağlanabilen proteinler olan transkripsiyon faktörlerinin bir alt kümesidir. Aynı Hox proteini, bir gene baskılayıcı olarak, diğer bir gene ise aktive edici olarak görev yapabilir. Hox proteinlerinin DNA'ya bağlanma yeteneği, homeodomain olarak adlandırılan proteinin bir parçası tarafından sağlanır. Homeodomain, 60 amino asit uzunluğunda bir DNA bağlama alanı (karşılık gelen 180 baz çiftlik DNA dizisi olan homeobox tarafından kodlanmıştır). Bu amino asit dizisi, üçüncü bir heliksin stabilize ettiği "helix-turn-helix" (yani homeodomain katlantısı) motifine katlanır. Aşağıda konsensus polipeptit zinciri gösterilmiştir:[8] Hox proteinleri, çok farklı homeobox genleri tarafından kodlanan PBC ve Meis proteinleri gibi ortak faktörlerle genellikle ortak çalışır.
Helix 1 Helix 2 Helix 3/4 ______________ __________ _________________ RRRKRTAYTRYQLLELEKEFLFNRYLTRRRRIELAHSLNLTERHIKIWFQNRRMKWKKEN ....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....| 10 20 30 40 50 60
Evrim
[düzenle]
Homeobox genleri ve dolayısıyla homeodomain protein motifi, çoğu ökaryotta bulunur. Hox genleri, homeobox genlerinin bir alt kümesi olduğu için, hayvanlar aleminde veya Metazoa'da daha sonradan evrimleşmiştir. Hayvanlar aleminde Hox genleri, açık bir baş-kuyruk eksenine sahip hayvanlar olan bilaterianlarda bulunur ve ayrıca deniz anemonları gibi Cnidaria'da da bulunmuştur. [11] Bu, Hox genlerinin 550 milyon yıldan fazla önce ortaya çıktığını gösterir. Bilaterianlarda, Hox genleri sıklıkla gen kümelerinde düzenlenir, ancak kromozomal yeniden düzenlemelerle genlerin ayrıldığı birçok istisna vardır. [12] Hox proteinleri arasındaki homeodomain dizilerini karşılaştırmak, türler arasında türler içinde olduğundan daha fazla benzerlik ortaya koyar; bu gözlem, Hox gen kümelerinin tek bir Hox geninden tandem kopyalama ve sonraki farklılaşma yoluyla hayvan evriminin erken dönemlerinde evrimleştiği ve en az yedi farklı Hox geninden oluşan prototipik bir Hox gen kümesinin tüm bilaterian hayvanların ortak atasında bulunduğu sonucuna varılmıştır. [10][13]
Çoğu bilaterian hayvanlarda, Hox genleri, embriyoların baş-kuyruk ekseni boyunca kademeli alanlarda ifade edilir, bu da konum belirlemedeki rolünün paylaşılan, eski bir özellik olduğunu gösterir. [14] Hox proteinlerinin işlevsel korunumu, bir sineğin kendi yerine bir tavuk Hox proteiniyle büyük ölçüde işlev görebileceği gerçeğiyle gösterilebilir. [15] Yani, 550 milyondan fazla yıl önce yaşamış ortak ataya sahip olmalarına rağmen, tavuk ve sinek aynı Hox geninin versiyonları, sineklerdeki aynı alt genleri hedeflemek için yeterince benzerdir.
Drosophila'da
[düzenle]
Drosophila melanogaster, vücut planının üretimi ve evrimini anlamak için önemli bir modeldir. Sineklerde ortaya konan Hox gen fonksiyonunun ve mantığının genel prensipleri, insanları da dahil olmak üzere tüm bilaterian organizmalarda geçerlidir. Drosophila, tüm böcekler gibi sekiz Hox genine sahiptir. Bunlar, her ikisi de 3. kromozomda bulunan iki komplekse ayrılır. Antennapedia kompleksi (Antp geniyle karıştırılmamalıdır) beş gen içerir: labial (lab), proboscipedia (pb), deformed (Dfd), sex combs reduced (Scr) ve Antennapedia (Antp). Bithorax kompleksi, Ultrabithorax geninden adını almış olup, kalan üç geni içerir: Ultrabithorax (Ubx), abdominal-A (abd-A) ve abdominal-B (abd-B).
(Devamı aşağıdadır)