El kit de herramientas de genes evo-devoes el pequeño subconjunto de genes en el genoma de un organismo cuyos productos controlan el desarrollo embrionario del organismo . Los genes del kit de herramientas son fundamentales para la síntesis de la genética molecular , la paleontología , la evolución y la biología del desarrollo en la ciencia de la biología evolutiva del desarrollo (evo-devo).
Kit de herramientas [ editar ]
Los genes del juego de herramientas están altamente conservados entre los phyla , lo que significa que son antiguos y se remontan al último ancestro común de los animales bilaterianos . Por ejemplo, ese antepasado tenía al menos 7 genes Pax para factores de transcripción . [1]
Las diferencias en el despliegue de los genes del juego de herramientas afectan el plan corporal y el número, identidad y patrón de las partes del cuerpo. La mayoría de los genes del kit de herramientas son componentes de las vías de señalización y codifican para la producción de factores de transcripción, proteínas de adhesióncelular, proteínas receptoras de la superficie celular (y ligandos de señalización que se unen a ellas) y morfógenos secretados , todos estos participan en la definición del destino. de células indiferenciadas, generando patrones espaciales y temporales, que a su vez forman el plan corporal del organismo. Entre los genes más importantes del conjunto de herramientas están los del gen Hoxracimo o complejo. Los genes Hox, factores de transcripción que contienen el motivo de ADN de unión a proteínas homeobox más ampliamente distribuido , funcionan en el diseño del eje del cuerpo. Por lo tanto, mediante la especificación combinatoria de la identidad de regiones corporales particulares, los genes Hox determinan dónde crecerán las extremidades y otros segmentos corporales en un embrión o larva en desarrollo . Un gen paradigmático del kit de herramientas es Pax6 / eyeless , que controla la formación de ojos en todos los animales. Se ha encontrado que produce ojos en ratones y Drosophila , incluso si el ratón Pax6 / sin ojos se expresó en Drosophila .[2]
Esto significa que una gran parte de la evolución morfológica experimentada por los organismos es producto de la variación en el juego de herramientas genéticas, ya sea por los genes que cambian su patrón de expresión o adquieren nuevas funciones. Un buen ejemplo del primero es la ampliación del pico en el gran pinzón terrestre de Darwin ( Geospiza magnirostris ), en el que el gen BMP es responsable del pico más grande de esta ave, en relación con los otros pinzones. [3]
La pérdida de patas en serpientes y otros escuamatos es otro buen ejemplo de genes que cambian su patrón de expresión. En este caso, el gen Distal-less está muy poco expresado, o no se expresa en absoluto, en las regiones donde se formarían extremidades en otros tetrápodos . [4] En 1994, el equipo de Sean B. Carroll hizo el descubrimiento "innovador" de que este mismo gen determina el patrón de manchas en las alas de las mariposas, mostrando que los genes de la caja de herramientas pueden cambiar su función. [5] [6] [7]
Los genes del juego de herramientas, además de estar altamente conservados, también tienden a desarrollar la misma función de manera convergente o paralela . Ejemplos clásicos de esto son el gen ya distal ya mencionado , que es responsable de la formación de apéndices tanto en tetrápodos como en insectos, o, en una escala más fina, la generación de patrones de alas en las mariposas Heliconius erato y Heliconius melpomene . Estas mariposas son imitadores müllerianos cuyo patrón de coloración surgió en diferentes eventos evolutivos, pero está controlado por los mismos genes. [8] Esto apoya la teoría de Marc Kirschner y John C. Gerhart deVariación facilitada , que establece que la novedad evolutiva morfológica se genera por cambios regulatorios en varios miembros de un amplio conjunto de mecanismos conservados de desarrollo y fisiología.
El gen extramachrochaetae (emc) es un gen de Drosophila melanogaster que codifica la proteína Emc , que tiene una amplia variedad de funciones de desarrollo. Fue nombrado, como es común para los genes de Drosophila , después del cambio fenotípico causado por una mutación en el gen ( macrochaetae son las cerdas más largas en Drosophila ).
El gen emc [ editar ]
El gen emc se encuentra cerca de la punta del brazo izquierdo del tercer cromosoma de Drosophila . Tiene aproximadamente 4100 pares de bases de largo, incluidos dos exones y un intrón . Su designación FlyBase es Dmel_emc, y su ubicación es 3L: 749,406..753,505 [+]. Se han reportado 86 alelos .
Interacciones de Emc con otras proteínas [ editar ]
El Emc proteína tiene una hélice-bucle-hélice dominio de la proteína sin la región de base, por lo que es incapaz de unirse a ADN y actuar como un factor de transcripción . Sin embargo, tiene la capacidad de unirse a otras proteínas básicas que contienen el dominio hélice-bucle-hélice , como los productos del complejo achaete-scute(ac-s) , para formar dímeros que inactivan la proteína objetivo, que generalmente es un factor de transcripción . De esta manera, la proteína Emc puede tener un efecto en la expresión génica de muchos genes durante el desarrollo de Drosophila . [1]
Emc en desarrollo neuronal [ editar ]
Los órganos sensoriales adicionales (SO) en Drosophila surgen de grupos de células conocidos como células madre sensoriales (SMC). Una vez que se ha seleccionado una celda de disco imaginal para convertirse en un SMC, se convertirá en un SO. Por lo tanto, la regulación de qué células del disco imaginal se convierten en SMC es vital para el desarrollo neural. Esta transición es causada por los genes Da y AS-C, que son factores de transcripción con los dominios básicos helix-loop-helix (bHLH) . La proteína Da (hecha por el gen sin hija ) es una proteína HLH de Clase I , lo que significa que tiene una distribución generalizada, mientras que las proteínas AS-C (hechas por el as-c complejo genético) son proteínas HLH de clase II , lo que significa que tienen una distribución restringida. La proteína Emc en sí es una proteína HLH de Clase V debido a su falta de la región básica y la consiguiente incapacidad para unirse al ADN . La interacción entre las proteínas Da o AS-C con Emc para formar dímeros los vuelve inactivos como factores de transcripción . Es la interacción entre las concentraciones de proteínas Da, AS-C y Emc lo que determina si una célula se convertirá o no en una SMC, y luego en una SO. De esta manera, "Emc proporciona información posicional para patrones SO". [1]
Es probable que los niveles de cada una de estas proteínas proneurales estén regulados por la señalización de Notchvía, ya que la falta de Notch causa un exceso de células neurales mientras que la " señalización Notchconstitutiva ... suprime la diferenciación neural". [2] Se ha demostrado que Notch media la especificación lateralde los grupos de células proneurales al restringir la expresión de proteínas AS-C solo al neuroblastos , mientras que hace que las células dermoblastos circundantes cesen la expresión del complejo as-c . [3]
Es probable que los niveles de cada una de estas proteínas proneurales estén regulados por la señalización de Notchvía, ya que la falta de Notch causa un exceso de células neurales mientras que la " señalización Notchconstitutiva ... suprime la diferenciación neural". [2] Se ha demostrado que Notch media la especificación lateralde los grupos de células proneurales al restringir la expresión de proteínas AS-C solo al neuroblastos , mientras que hace que las células dermoblastos circundantes cesen la expresión del complejo as-c . [3]
Emc en la determinación del sexo [ editar ]
El sexo en Drosophila está determinado en parte por el gen Sexual letal ( Sxl ); más precisamente, se activa en mujeres y se desactiva en hombres . Si este gen se expresará o no se determina por la proporción de cromosomas sexuales ( cromosomas X ) a cromosomas autosómicos . El embrión de mosca evalúa esta relación por la diferencia entre las concentraciones del producto del gen scute , que está en el cromosoma X , y el producto del gen emc , que está en un cromosoma autosómico . Específicamente, las proteínas Emc inactivan la proteína Sc (un factor de transcripción ) y detener la transcripción de genes en el X- cromosoma . Como las mujeres tienen el doble de Sc que los hombres, pueden superar este obstáculo y expresar el gen Sxl . [1]
Similitud con los genes de vertebrados [ editar ]
El soporte inicial para el papel de emc provino del gen del inhibidor de diferenciación ( Id ) de ratón , que regula negativamente la miogénesis formando un heterodímero con la proteína MyoD y, por lo tanto, inhibiendo sus capacidades como factor de transcripción . [1] [4] También es probable que existan procesos similares en otros mamíferos .
Las proteínas fetales son altos niveles de proteínas presentes durante la etapa de desarrollo fetal . A menudo, las proteínas relacionadas asumen funciones similares después del nacimiento o en el embrión , en cuyo caso las variedades fetales se denominan isoformas fetales . A veces, los genes que codifican las isoformas fetales se encuentran adyacentes a sus homólogos adultos en el genoma , y en esos casos una región de control de locus a menudo coordina la transición de las formas fetales a las adultas. En otros casos, las isoformas fetales se pueden producir mediante empalmes alternativos utilizando exones fetales para producir proteínas que difieren solo en una parte de sussecuencia de aminoácidos En algunas situaciones, la expresión continua de formas fetales puede revelar la presencia de una enfermedad o servir como tratamiento para enfermedades como la anemia falciforme . Algunos ejemplos bien conocidos incluyen:
- Alfafetoproteína , la proteína sérica predominante del feto que da paso a la albúmina en el adulto.
- Hemoglobina fetal , la versión fetal de la hemoglobina .
- Isoformas de troponina T y troponina I fetales .
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