Os genes homeobox são genes homeóticos do desenvolvimento embrionário. A atuação destes genes dá-se por ativação ou inibição de outros genes que por sua vez produzem proteínas que se vão ligar e influenciar a atividade de outros genes, sucessivamente com um efeito cascata. Este segmento é compartilhado por muitas classes de genes homeóticos.
Um homeobox mede cerca de 180 pares de bases; ele codifica
um domínio de 60 aminoácidos que fará parte das proteínas (o
"homeodomínio") que se podem ligar ao ADN. Genes homeobox codificam fatores
de transcrição que tipicamente ativam outros genes numa reação em cadeia, para
desenvolver segmentos do corpo.
O homeodomínio liga-se ao ADN numa maneira específica. A especifidade de um único homeodomínio protéico não é geralmente suficiente para reconhecer apenas seus genes desejados como alvo. A maior parte do tempo, as proteínas do homeodomínio agem na região promotora dos genes alvos como complexos com outros fatores de transcrição, muitas vezes outras proteínas de homeodomínio. Tais complexos têm uma especificidade de alvo muito maior que uma única proteína de homeodomínio.
Estes genes são expressos de forma colinear: genes anteriores são expressos cedo durante o desenvolvimento e em direcção á frente do corpo e genes posteriores mais tarde no desenvolvimento e em porções mais distais do corpo.
Nos invertebrados apenas um unico cluster foi encontrado (no entanto este encontra-se dividido em Drosophila) – foi então proposto que o ancestral comum tivesse também um cluster apenas, que terá sofrido 4 duplicações em diferentes cromossomas, acompanhando a complexidade do corpo – as 4 duplicações do cluster ainda hoje são facilmente identificadas. Uma reconstituição filogenética pode ser observada na figura em baixo:
É de notar que o peixe zebra ao contrário dos 4 clusters típicos dos vertebrados, possui 6 clusters (mais 2 duplicações).
As duplicações dos genes homeobox podem produzir novos segmentos corporais, e essas duplicações provavelmente foram importantes na evolução de animais segmentados.
Estes genes são um belo exemplo de como um gene codificante pode divergir e transformar-se num pseudogene ou adquirir mutações que permitem a manutenção da funcionalidade (codificante).
Alterações nestes genes foi confirmado poder causar modificações anatómicas em larga escala – o que pode ser inferido que ocorreu pelas análises genéticas comparativas. Estes facto, além de contribuir para explicar a origem da complexidade, apoia a teoria do equilíbrio pontuado.
A evolução da complexidade pode ser parcialmente explicada pelas mutações que ocorreram nestes genes, que combinadas com as epimutações podem conferir incrível complexidade.
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