Genes homeóticos
Genes homeóticos são genes envolvidos na regulação do desenvolvimento de seres vivos. Eles estão associados à definição de eixos corpóreos e caracterização de diferentes regiões do corpo.[1]
Esses genes foram inicialmente estudados em animais, notadamente em Drosophila melanogaster.[1][2] Estudando essa mosca modelo para genética, William Bateson descreveu mutantes que possuíam segmentos que assumiam características e portavam estruturas de outras regiões do corpo da mosca. Exemplos clássicos são Antennapedia e Bithorax, mutantes que, respectivamente, apresentavam pernas onde haveria antenas e um segundo par de asas, pois o terceiro segmento torácico caracterizava-se como o segundo.[3] Tais genes apresentam alto grau de conservação em Metazoa e foram amplamente utilizados para reconstruir as relações evolutivas entres as diversas linhagens de animais.[4][5]
Depois, genes homeóticos foram ainda descritos em outros grupos, como plantas, fungos e algumas linhagens de eucariotos unicelulares, indicando um surgimento muito antigos dessas sequências.[6][7][8] Há 11 classes de genes homeóticos (incluindo mais de 100 famílias) nas linhagens animais e 10-14 classes em plantas (a depender da classificação).[9]
Organização geral
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Genes homeóticos são encontrados nos chamados clusters, ou seja, organizados em conjuntos lineares em regiões específicas do genoma. Porém, a organização desses genes nos clusters aparece de modo interessante: eles estão dispostos de modo colinear com as regiões corpóreas cujo desenvolvimento eles controlam de acordo com o eixo anteroposterior do animal. Sendo que os genes que se expressam na região anterior do corpo estão na porção a 3' do cromossomo, e aqueles cuja expressão se dá na região posterior estão a 5'.[1][5][11][12]
Além da colinearidade especial dos clusters, ocorre algo ainda mais interessante: há colinearidade temporal na expressão dos genes. Os que controlam o desenvolvimento da porção anterior se expressam antes dos que controlam o da região posterior.[1][5][12]
Função biológica
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Esses genes são marcados pela presença do homeobox.[8] Trata-se de uma sequência de cerca de 180 nucleotídeos, que codifica um peptídeo de 60 aminoácidos que é ligante de DNA.[2] Isso significa que essas proteínas têm a capacidade de reconhecer sequências de DNA, se associar ao cromossomo e, assim, controlar a expressão de determinados genes, atuando, portanto, como fatores de transcrição.[2][14]
Tais fatores interagem com a região promotora de genes específicos. Isso ocorre em conjunto com outros fatores de transcrição, permitindo o reconhecimento mais específicos dessas sequências.[13] Assim, a transcrição desses genes é ativada e iniciam-se diversas cascatas, envolvendo genes com diversas funções, que resultam na diferenciação correta da célula, na formação de órgãos e estruturas e na definição dos eixos corpóreos.[2][12]
Regulação
[editar | editar código-fonte]Mutações e/ou problemas de regulação nos padrões de expressão de genes homeóticos são muitas vezes letais ou, no mínimo, diminuem muito a probabilidade de sobrevivência dos indivíduos que as portam.[2] Isso implica na necessidade de uma regulação refinada para garantir que os genes sejam expressos nas regiões e momentos corretos.[10][15][16][17]
Há uma regulação própria dos genes homeóticos interagindo entre si e se inibindo.[2] No entendo, estudos mais recentes com D. melanogaster mostram que há mais mecanismos envolvidos nessa regulação. Eles dependem de fatores maternos presentes no oócito, genes gap, genes pair-rule, e genes segment-polarity.[2][10][15][16][17][18]
As descrições feitas a seguir são todas baseadas em D. melanogaster, configurando, portanto, um modelo e não sendo válidas a todos os casos.
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Genes de efeito materno
[editar | editar código-fonte]São genes cujos mRNAs são transcritos e acumulados nos oócitos desde antes da fecundação.[10][15] Tal acúmulo não é, porém, aleatório. Alguns mRNAs se concentram na porção anterior (como o do gene bicoid), outros na posterior (como o do gene oskar).[18][19] Isso gera um gradiente de concentração morfogênico: onde há concentração elevada de bicoid e baixa de oskar, há diferenciação celular de modo a formar as estruturas dos seguimentos anteriores do corpo da mosca. Na condição contrária, estimula-se a formação de estruturas da região posterior.[17][19]
Genes gap
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Genes gap (termo em inglês para lacuna) são expressos em blocos de segmentos colaterais.[10][15][18] Seu nome deriva de mutantes para esses genes, os quais não apresentavam um conjunto de segmentos consecutivos, ou seja, havia uma "lacuna" no corpo das moscas.[15][17][18] Eles estão relacionados com a sinalização para definir grandes regiões do corpo dos animais e sua expressão é regulada pelos genes de efeito materno e há interação de genes gap entre si.[10][15][18] Entre os genes gap estão hunchback, kruppel e knirps.[18]
Genes pair-rule
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Genes pair-rule são expressos em segmentos alternados, gerando um padrão de "zebra" com faixas de expressão. Esse é padrão é gerado pela regulação de genes gap sobre os pair-rule.[10][15][17][18] Mutantes para algum gene pair-rule não apresentam os segmentos em que ele é expresso.[18] Entre esses genes pode-se destacar even-skipped, odd-skipped, hairy, fushi-tarazu e paired.[18]
Genes segment-polarity
[editar | editar código-fonte]Genes segment-polarity (termo em inglês para polaridade do segmento) estão envolvidos na determinação das porções anterior e posterior de cada segmento isoladamente. Entre eles há genes das vias Wingless e Hedgehog.[15][18]
![](http://178.128.105.246/cars-http-upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f3/CapturaP4.png/403px-CapturaP4.png)
A interação das sinalizações de todas essas classes de genes, somada às interações dos produtos dos próprios genes homeóticos entre si, leva à expressão correta dos genes homeóticos, tempo em termos espaciais, quanto temporais. Assim permitindo o desenvolvimento do embrião.[10][15]
Genes homeóticos em plantas
[editar | editar código-fonte]Há 14 classes homeóticas nos genomas das plantas, a saber: HD-ZIP I, HD-ZIP II, HD-ZIP III, HD-ZIP IV, KNOX, BEL, PLINC, WOX, DDT, PHD, NDX, LD, PINTOX, e SAWADEE. Sendo que as classe KNOX e BEL têm uma similaridade grande com a classe TALE dos animais, indicando uma origem comum.[9][20]
O surgimento das 14 classes precede a cladogênese dos musgos com as demais linhagens de plantas terrestres(uma das mais antigas desse clado[21]) sendo que houve ampliação de classes nas diferentes linhagens por eventos de duplicação e surgimento de genes parálogos dentro de cada classe.[20]
Genes homeóticos em animais
[editar | editar código-fonte]Em animais foram descritas 11 classes de genes homeóticos, a saber: ANTP PRD,TALE, POU, CERS, PROS, ZF, LIM, HNF, CUT, e SINE (além de alguns outros que não se encaixaram nas grandes categorias).[9]
Na classe ANTP há famílias muito conhecidas: Hox e ParaHox.[4][5][9] Essas famílias existem, pelo menos desde o ancestral comum de cnidários e bilatérios mas não há registros deles em poríferos, placozoários e ctenóforos.[4][5][9][22] Apesar disso, já foram encontrados genes homeóticos de outras classes em esponjas.[23] Os genes Hox estão ligados ao desenvolvimento de tecidos derivados da ectoderme (epitélios e tecidos nervosos) e os ParaHox, da endoderme (sistema digestório).[9] Há, ainda, um terceiro conjunto de genes, menos conhecido que os dois acima referidos, o NK, que está envolvido no desenvolvimento de derivados da mesoderme. Porém, o surgimento desse cluster precede o do folheto embrionário mesodérmico na evolução de Metazoa, sugerindo que houve cooptação de suas funções ao longo do tempo.[9]
Os clusters Hox e ParaHox estão bem conservados na linhagens animais, apesar de duplicações terem ocorrido nos diferentes claros, resultando em diferenças no tamanho dos clusters.[4][5][9][22] Esse fato é inclusive importante para a reconstrução filogenética de Metazoa. Há, nesse genes, importantes sinapomorfias que definem grandes grupos como Ecdysozoa (possuem os genes abd-A e Ubx) e Lophotrochozoa (presença dos genes lox2, lox4, lox5, post1 e post2), além da união desses grupos no clado Protostomia (presença do peptídeo Ubd-A)[4]. Apesar disso, acredita-se que ambos derivam de um cluster ancestral, batizado de ProtoHox e presente no ancestral comum de cnidários e bilatérios.[5][9][22][24]
Referências
[editar | editar código-fonte]- ↑ a b c d Casci, T. 2004. Milestone 11 - Order: it's in the genes. Nature Milestones Development. Disponível em: https://www.nature.com/milestones/development/milestones/full/milestone11.html. Acesso em: 12 mar. 2019.
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- ↑ Bateson, W. 1984. Materials for the Study of Variation Treated with Especial Regards to Discontinuity in the Origin of Species. Editora Macmillan, Londres.
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