У хок гени су велика породица ген који су одговорни за регулисање развоја телесне структуре. Они су пронађени у свим метазоама и у другим родовима, попут биљака и животиња. Стога их карактерише што су еволуцијски врло очувани.
Ови гени делују на следећи начин: кодирају се за фактор транскрипције - протеин способан за интеракцију са ДНК - који се изражава у специфичном подручју јединке од најранијих стадијума развоја. Ова секвенца везивања ДНК назива се хомеобок.
Извор: Антонио Куесада Диаз, путем Викимедиа Цоммонс
С готово 30 година истраживања на овом пољу, научници су проучавали различите линије и закључили да су обрасци експресије ових гена снажно повезани са регионализацијом телесних осе.
Ови докази указују да су Хок гени играли незамјењиву улогу у еволуцији тјелесних планова живих бића, посебно у Билатерији. Тако су Хок гени омогућили објашњење величанствене разноликости животињских облика, из молекуларне перспективе.
Код нас људи постоји 39 Хок гена. Они су груписани у четири кластера или групе, смештене на различитим хромозомима: 7п15, 17к21.2, 12к13 и 2к31.
Откриће
Откривање Хок гена било је прекретница у еволуцијској и развојној биологији. Ови гени откривени су између 70-их и 80-их година захваљујући спајању две кључне мутације у воћној мушици, Дросопхила меланогастер.
Једна од мутација, антенапедија, претвара антене у ноге, док мутација битхорака изазива трансформацију халтера (модификованих структура, типичних за крилате инсекте) у други пар крила.
Као што се може видети, када Хок гени имају мутације, резултат тога је прилично драматичан. И као у Дросопхили, промена доводи до стварања структура на погрешним местима.
Прије открића Хок гена, већина биолога је вјеровала да је морфолошка разноликост подржана разноликошћу на нивоу ДНК. Логично је претпоставити да се очигледне разлике, на пример, кита и хуммингбирд-а, морају одражавати у генетском смислу.
Појавом Хок гена ово је мишљење потпуно заокренуло, уступивши нову парадигму у биологији: заједнички пут генетског развоја који обједињује онтогенију метазоја.
Шта су Хок гени?
Пре него што се дефинише концепт Хок гена, неопходно је знати шта је ген и како он функционише. Гени су ДНК секвенце чија је порука изражена фенотипом.
Порука ДНК написана је у нуклеотидима, у неким случајевима она прелазе у месначку РНК и то се рибосомима претвара у низ аминокиселина - структурни „градивни блокови“ протеина.
Хок гени су најпознатија класа хомеотских гена, чија је функција контрола специфичних образаца телесних структура. Они су задужени за контролу идентитета сегмената дуж антеропостериорне осе животиња.
Припадају једној породици гена која кодира протеин који има специфичну секвенцу аминокиселина која може да делује са ДНК молекулом.
Отуда израз хомеобок потиче да би описао овај одељак у гену, док се у протеину назива хомеодомаин. Хомеобок секвенца има низ од 180 базних парова и ови домени су еволуцијски високо очувани међу различитим Пхила-има.
Захваљујући овој интеракцији са ДНК, Хок гени су у стању да регулишу транскрипцију других гена.
Терминологија
Гени који учествују у овим морфолошким функцијама називају се хомеотични локуси. У животињском царству најзначајнији су лоци ХОМ (код бескраљежњака) и Хок локуми (код кичмењака). Међутим, углавном су познати под називом Хок лоци.
карактеристике
Хок гени имају низ врло осебујних и занимљивих карактеристика. Ови кључни аспекти помажу у разумевању његовог функционисања и његове потенцијалне улоге у еволуцијској биологији.
Ови гени су организовани у "генске комплексе", што значи да су блиски заједно на хромосомима - у погледу своје просторне локације.
Друга карактеристика је изненађујућа повезаност која постоји између редоследа гена у ДНК секвенци и антеропостериорне локације производа тих гена у ембриону. Буквално се гени који иду „напред“ налазе у том положају.
Слично томе, поред просторне колинеарности, постоји и временска корелација. Гени који се налазе на крају 3 појављују се раније у развоју јединке, у поређењу с онима који су пронађени још раније.
Хок гени припадају класи која се зове АНТП, а која укључује и ПараХок гене (с тим у вези), НК гене и друге.
Еволуција гена
Ниједан ген АНТП класе није био из Метазоја. У еволутивном развоју ове животињске групе, порифери су прва група која се одвојила, а следили су је и цнидари. Ове двије линије представљају двије базне групе билатералних група.
Генетска анализа чувене спужве Ампхимедон куеенсландица - њезину славу заслужују гени за нервни систем - открила је да овај порнић има неколико гена типа НК, али нема Хок или ПараХок гена.
Хокси гени као такви нису пријављени у цнидарима који испуњавају горе наведене карактеристике. Међутим, постоје гени налик Хок-у.
Са друге стране, бескраљежњаци имају један скуп Хок гена, док кичмењаци имају вишеструке копије. Ова чињеница је била пресудна и инспирисала је развој теорија о еволуцији групе.
Поријекло краљежњака
Класични поглед на овај аспект тврди да су четири генске групе у геному човека настале захваљујући два круга репликације целог генома. Међутим, развој нових технологија секвенцирања довео је у питање теорију.
Нови докази фаворизују хипотезу која се односи на ситне догађаје (умножавање сегмената, појединачно умножавање гена и транслокације) који су постигли велики број Хок гена које данас посматрамо у овој групи.
Референце
- Ацампора, Д., Д'еспосито, М., Фаиелла, А., Паннесе, М., Миглиаццио, Е., Морелли, Ф.,… & Бонцинелли, Е. (1989). Људска породица ХОКС гена. Истраживање нуклеинских киселина, 17 (24), 10385-10402.
- Фернер, ДЕ (2011). Хок и ПараХок гени у еволуцији, развоју и геномици. Геномика, протеомика и биоинформатика, 9 (3), 63-4.
- Хрицај, СМ, & Веллик, ДМ (2016). Хок гени и еволуција. Ф1000Ресеарцх, 5, Ф1000 Факултет Рев-859.
- Лаппин, ТР, Гриер, ДГ, Тхомпсон, А., & Халлидаи, ХЛ (2006). ХОКС гени: заводљива наука, мистериозни механизми. Медицински часопис Улстер, 75 (1), 23-31.
- Пеарсон, ЈЦ, Лемонс, Д. и МцГиннис, В. (2005). Модулирање функција Хок гена током узорковања тијела животиња. Натуре Ревиевс Генетицс, 6 (12), 893.