¿Qué son los genes Hox y cuál es su función en el desarrollo embrionario?
Descubra qué son los genes Hox, su estructura, su descubrimiento por Calvin Bridges y Edward Lewis, y su papel clave en la evolución animal.
En pocas palabras
- Los genes Hox son factores de transcripción selectores homeóticos que controlan el desarrollo del eje anteroposterior en los animales.
- El homeodominio es un dominio altamente conservado de aproximadamente 60 aminoácidos codificado por la secuencia homeobox.
- Edward Lewis aisló y caracterizó en 1978 el gen complejo responsable del fenotipo bithorax en Drosophila melanogaster.
- La mayoría de los mamíferos placentarios poseen 39 genes Hox distribuidos en cuatro complejos cromosómicos distintos.
¿Qué son los genes Hox y cuál es su función en el desarrollo embrionario?
En este artículo se examinan en detalle los genes Hox, su organización en el genoma, los mecanismos moleculares que regulan su expresión en diversos organismos y su relevancia histórica en el estudio de la biología del desarrollo y la evolución de los metazoos.
¿Qué son exactamente los genes Hox y cómo actúan en el organismo?
Los genes Hox son un grupo de genes selectores homeóticos que conforman un subconjunto de la familia de genes homeobox. Actúan en el control maestro del desarrollo del eje anteroposterior en una gran variedad de animales. Los factores de transcripción codificados por estos genes regulan la morfogénesis y la diferenciación celular durante el desarrollo embrionario temprano, otorgando a cada célula un valor posicional permanente a lo largo del eje del cuerpo.
La mayoría de los genes Hox constan de dos exones, localizándose la secuencia homeobox habitualmente en el segundo exón. Esta secuencia codifica para un dominio de unión al ADN muy conservado de aproximadamente 60 aminoácidos, denominado homeodominio, el cual permite a las proteínas regular la transcripción génica.
¿Cómo se descubrieron las mutaciones homeóticas asociadas a estos genes?
El concepto de homeosis fue acuñado originalmente en 1894 por William Bateson para describir variaciones naturales donde partes del cuerpo adoptan características de otras regiones. Más tarde, Calvin Bridges recuperó el término para referirse a mutaciones en las que la identidad de una estructura anatómica se transforma en otra. En 1923, Bridges descubrió anomalías en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster con segmentos duplicados, como dos pares de alas.
Aproximadamente 55 años después, Edward Lewis aisló y caracterizó el gen responsable del fenotipo bithorax. Posteriormente se identificaron otras mutaciones notables, como el mutante antennapedia, en el cual surgen patas perfectamente desarrolladas en el lugar donde deberían encontrarse las antenas.
¿Qué relación existe entre la posición cromosómica y la expresión espacial de los genes Hox?
Una de las características más distintivas del complejo Hox es su patrón de expresión secuencial y colineal. La disposición física de los genes a lo largo del cromosoma corresponde de manera casi exacta al orden en el que se expresan a lo largo del eje anteroposterior del cuerpo.
Este fenómeno sugiere que los genes se activan de forma gradual a lo largo del eje corporal, donde el gen situado más posteriormente suele inhibir la acción de los genes anteriores activados previamente. Esta agrupación ordenada es exclusiva de los genes Hox clásicos, diferenciándose de otros genes con homeobox que se encuentran dispersos por todo el genoma.
¿Cómo varía la organización del complejo Hox entre diferentes especies animales?
El número y la distribución de los genes Hox varían ampliamente entre los diferentes taxones de animales, aunque todos mantienen una relación homóloga fundamental. Por ejemplo, la mosca Drosophila melanogaster posee un complejo de 8 genes Hox, mientras que otros artrópodos como quelicerados y miriápodos cuentan con 10 genes.
En los vertebrados terrestres y acuáticos, los genomas suelen presentar múltiples complejos derivados de duplicaciones ancestrales. En mamíferos placentarios, aves, reptiles y anfibios udelados se han identificado típicamente 39 genes Hox distribuidos en cuatro complejos independientes, conocidos como Hox a, b, c y d, los cuales determinan la formación de estructuras anatómicas tan precisas como los patrones vertebrales.
¿Cuáles son los mecanismos moleculares que impulsan la evolución de los genes Hox?
La evolución del complejo Hox ha estado estrechamente ligada a la diversificación y aparición de novedades corporales en los metazoos. Se consideran cuatro mecanismos principales que gobiernan esta evolución: cambios en las secuencias reguladoras que alteran la expresión de los propios genes Hox, alteraciones en la regulación de los genes blanco corriente abajo, modificaciones en las secuencias codificantes que alteran la función de las proteínas resultantes, y cambios en la regulación postranscripcional.
Estos procesos evolutivos han posibilitado la generación de estructuras complejas como extremidades, mandíbulas, cuernos y alas en los diferentes grupos de animales a lo largo de millones de años de historia evolutiva.
Sources & Further Reading
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2002) Molecular biology of the cell, 4th ed. Garland Science, New York.
- Liang, D., Wu, R., Geng, J., Wang, C. & Zhang, P. (2011) General scenario of Hox gene inventory variation among major sarcopterygian lineages. BMC Evolutionary Biology 11:25. Enlace externo
- Hughes, C. and Kaufman, T. (2002) Genes and the evolution of the arthropod body plan. Evolution & Development 4 (6):456-499. Enlace externo
- Lewis, E. B. (1978) A gene complex controlling segmentation in Drosophila. Nature 276: 565-570. Enlace externo
- Lappin, T., Grier, D., Thompson, A. & Halliday, H. (2006) Hox genes: Seductive Science, misterious mechanisms. Ulster Med 75(1): 23-31. Enlace externo
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