Complexo HoxComplexo Hox

Gunte P. Wagner, Chris Gunte P. Wagner, Chris Amemiya and Frank Amemiya and Frank

RuddleRuddleYale University and Benaroya Yale University and Benaroya

InstituteInstitutePNAS - Nº 25 (09/12/2003)

IntroduçãoIntrodução

Os HOX são uma família de genes Os HOX são uma família de genes envolvidos em fatores de envolvidos em fatores de transcrição compartilhando transcrição compartilhando domínios de ligação ao DNAdomínios de ligação ao DNA

O O Hox-ParadoxHox-Paradox Genes homólogos são responsáveis Genes homólogos são responsáveis

por diferentes etapas do por diferentes etapas do desenvolvimento corporaldesenvolvimento corporal

A regulação seria força maiorA regulação seria força maior

O O Hox-ParadoxHox-Paradox

Os Hox foram observados em Os Hox foram observados em DrosophilaDrosophila sp. sp.

Foi observado que esses genes Foi observado que esses genes tendem a ocorrem em tendem a ocorrem em clustersclusters intimamente ligados e exibiam intimamente ligados e exibiam expressão coordenada espaço-expressão coordenada espaço-temporal ao longo do eixo antero-temporal ao longo do eixo antero-posterior.posterior.

ClustersClusters em Vertebrados em Vertebrados

GrupoGrupo Nº de Nº de ClustersClusters HoxHox

UrocordadosUrocordados 00

CefalocordadosCefalocordados 11

PetromyzonteformesPetromyzonteformes >3>3

Peixes CartilaginososPeixes Cartilaginosos 4*4*

TeleósteisTeleósteis 7-87-8

CrossopterígeosCrossopterígeos 4*4*

TetrapodaTetrapoda 44

Clusters Clusters em Vertebradosem Vertebrados

O Segundo O Segundo Hox-ParadoxHox-Paradox

Fato:Fato:• O número de O número de clustersclusters Hox nos Hox nos

cordados varia entre o grupo e pode cordados varia entre o grupo e pode ser várias vezes maior do que em ser várias vezes maior do que em invertebrados.invertebrados.

Porque durante a evolução dos Porque durante a evolução dos cordados tendeu-se ao aumento no cordados tendeu-se ao aumento no número de número de clusters clusters Hox, enquanto Hox, enquanto nos invertebrados não se nota tal nos invertebrados não se nota tal efeito?efeito?

HipóteseHipótese

A Força que mantém a estrutura do A Força que mantém a estrutura do clustercluster Hox seria retirada Hox seria retirada temporariamente após a temporariamente após a duplicação o que traria a duplicação o que traria a associação duplicação/irradiação associação duplicação/irradiação adaptativa.adaptativa.

O Segundo O Segundo Hox-ParadoxHox-Paradox

As duplicações gênicas teriam As duplicações gênicas teriam papel pequeno em inovações papel pequeno em inovações adaptativas (Carroll adaptativas (Carroll et alet al).).

Continuamos com a dúvida: Continuamos com a dúvida: Porque na filogenia dos Porque na filogenia dos vertebrados têm papel tão vertebrados têm papel tão importante, e que papel é esse?importante, e que papel é esse?

DuplicaçãoDuplicação

Problema:Problema: Perda de funçãoPerda de função

Taxas de retenção entre 20 e 50%.Taxas de retenção entre 20 e 50%. A taxa de retenção indica a A taxa de retenção indica a

probabilidade de um dado gene, probabilidade de um dado gene, quando duplicado, ser mantido.quando duplicado, ser mantido.

DuplicaçãoDuplicação

A maioria na redução é devido ao A maioria na redução é devido ao encurtamento de regiões encurtamento de regiões intergênicas.intergênicas.

Tentativas de associar o tamanho Tentativas de associar o tamanho do genoma ao tamanho dos do genoma ao tamanho dos clustersclusters Hox. Hox.

OrganismoOrganismo Tam/KbTam/Kb

InvertebradosInvertebrados >1000>1000

AnfioxoAnfioxo 450450

Hox A mamíferoHox A mamífero 110110

Genes HoxGenes Hox

As diferenças entre organismos As diferenças entre organismos sugerem duas possíveis abordagens sugerem duas possíveis abordagens evolutivas:evolutivas:

1.1. ““Grandes” distâncias intergênicas podem Grandes” distâncias intergênicas podem estar envolvidas na elaboração de elementos estar envolvidas na elaboração de elementos regulatórios capazes de controlar poucos regulatórios capazes de controlar poucos genesgenes

2.2. ““Pequenas” distâncias intergênicas podem Pequenas” distâncias intergênicas podem estar envolvidas na elaboração de elementos estar envolvidas na elaboração de elementos regulatórios capazes de controlar vários genesregulatórios capazes de controlar vários genes

Genes HoxGenes Hox

Foram encontrados genes que Foram encontrados genes que sugerem que como resultado de sugerem que como resultado de duplicações gênicas, funções podem duplicações gênicas, funções podem ser “divididas” entre outros genes.ser “divididas” entre outros genes.

Passando a régua...Passando a régua...

Os padrões evolutivos de invertebrados Os padrões evolutivos de invertebrados e vertebrados indicam que existem e vertebrados indicam que existem diferenças entre seus diferenças entre seus clusters.clusters.

A evoluabilidade dos A evoluabilidade dos clustersclusters de de vertebrados é de alguma forma inferior vertebrados é de alguma forma inferior comparada a dos de invertebrados.comparada a dos de invertebrados.

A duplicação gênica “abriria uma A duplicação gênica “abriria uma janela” de evoluabilidade nos janela” de evoluabilidade nos vertebrados.vertebrados.