GENES HOX: DESCOBERTA, CARACTERÍSTICAS E EVOLUÇÃO - BIOLOGIA - 2025

Os genes Hox são uma grande família de genes responsáveis ​​por regular o desenvolvimento das estruturas do corpo. Eles foram encontrados em todos os metazoários e em outras linhagens, como plantas e animais. Portanto, eles são caracterizados por serem evolutivamente muito conservados.

Esses genes funcionam da seguinte maneira: codificam um fator de transcrição - uma proteína capaz de interagir com o DNA - que se expressa em uma área específica do indivíduo desde os primeiros estágios de desenvolvimento. Essa sequência de ligação ao DNA é chamada de homeobox.

Fonte: Antonio Quesada Díaz, via Wikimedia Commons

Com quase 30 anos de pesquisa nesse campo, cientistas estudaram diferentes linhagens e concluíram que os padrões de expressão desses genes estão fortemente associados à regionalização dos eixos corporais.

Essa evidência sugere que os genes Hox desempenharam um papel indispensável na evolução dos planos corporais dos seres vivos, particularmente em Bilateria. Assim, os genes Hox tornaram possível explicar a magnífica diversidade das formas animais, de uma perspectiva molecular.

Em nós, humanos, existem 39 genes Hox. Eles são agrupados em quatro clusters ou grupos, localizados em cromossomos diferentes: 7p15, 17q21.2, 12q13 e 2q31.

Descoberta

A descoberta dos genes Hox foi um marco na biologia evolutiva e do desenvolvimento. Esses genes foram descobertos entre os anos 70 e 80, graças à observação de duas mutações-chave na mosca da fruta, Drosophila melanogaster.

Uma das mutações, a antennapedia, transforma as antenas em pernas, enquanto a mutação do bitórax causa a transformação de halteres (estruturas modificadas, típicas de insetos alados) em outro par de asas.

Como pode ser visto, quando os genes Hox têm mutações, o resultado disso é bastante dramático. E, como em Drosophila, a mudança leva à formação de estruturas nos locais errados.

Antes da descoberta dos genes Hox, a maioria dos biólogos acreditava que a diversidade morfológica era sustentada pela variedade no nível do DNA. Era lógico supor que as diferenças óbvias entre uma baleia e um colibri, por exemplo, deviam ser refletidas em termos genéticos.

Com o advento dos genes Hox, esse pensamento deu uma guinada completa, dando lugar a um novo paradigma na biologia: uma via comum de desenvolvimento genético que unifica a ontogenia dos metazoários.

O que são genes Hox?

Antes de definir o conceito de genes Hox, é essencial saber o que é um gene e como funciona. Genes são sequências de DNA cuja mensagem é expressa em um fenótipo.

A mensagem do DNA é escrita em nucleotídeos, em alguns casos estes passam para um RNA mensageiro e este é traduzido pelos ribossomos em uma sequência de aminoácidos - os "blocos de construção" estruturais das proteínas.

Os genes Hox são a classe mais conhecida de genes homeóticos, cuja função é controlar padrões específicos de estruturas corporais. São encarregados de controlar a identidade dos segmentos ao longo do eixo ântero-posterior dos animais.

Eles pertencem a uma única família de genes que codificam uma proteína que possui uma sequência de aminoácidos específica, capaz de interagir com a molécula de DNA.

É daí que vem o termo homeobox para descrever essa seção do gene, enquanto na proteína é chamada de homeodomínio. A sequência homeobox tem uma sequência de 180 pares de bases e esses domínios são evolutivamente altamente conservados entre os diferentes Filos.

Graças a essa interação com o DNA, os genes Hox são capazes de regular a transcrição de outros genes.

Terminologia

Os genes envolvidos nessas funções morfológicas são chamados de loci homeóticos. No reino animal, os mais importantes são conhecidos como loci HOM (em invertebrados) e loci Hox (em vertebrados). No entanto, eles são geralmente conhecidos como loci Hox.

Caracteristicas

Os genes Hox têm uma série de características muito peculiares e interessantes. Esses aspectos-chave ajudam a compreender seu funcionamento e seu papel potencial na biologia evolutiva.

Esses genes são organizados em "complexos de genes", o que significa que eles estão próximos uns dos outros nos cromossomos - em termos de sua localização espacial.

A segunda característica é a surpreendente correlação que existe entre a ordem dos genes na sequência de DNA e a localização ântero-posterior dos produtos desses genes no embrião. Literalmente, os genes que vão "para a frente" estão nessa posição.

Da mesma forma, além da colinearidade espacial, existe uma correlação temporal. Os genes localizados na extremidade 3 'ocorrem mais cedo no desenvolvimento do indivíduo, em comparação com aqueles encontrados mais atrás.

Os genes Hox pertencem a uma classe chamada ANTP, que também inclui os genes ParaHox (relacionados a esses), genes NK e outros.

Evolução dos genes

Nenhum gene da classe ANTP era dos Metazoários. No desenvolvimento evolutivo desse grupo animal, os poríferos foram o primeiro grupo a se separar, seguidos pelos cnidários. Essas duas linhagens representam os dois grupos basais de bilaterais.

A análise genética da famosa esponja Amphimedon queenslandica - sua fama se deve aos genes do sistema nervoso - revelou que esse porífero possui vários genes do tipo NK, mas nenhum gene Hox ou ParaHox.

Os genes Hox como tais não foram relatados em cnidários que atendem às características mencionadas acima. No entanto, existem genes semelhantes a Hox.

Por outro lado, os invertebrados têm um único agrupamento de genes Hox, enquanto os vertebrados têm várias cópias. Esse fato foi crucial e inspirou o desenvolvimento de teorias sobre a evolução do grupo.

Origem dos vertebrados

A visão clássica desse aspecto argumenta que os quatro agrupamentos de genes no genoma humano se originaram graças a duas rodadas de replicação de todo o genoma. No entanto, o desenvolvimento de novas tecnologias de sequenciamento lançou dúvidas sobre a teoria.

A nova evidência favorece a hipótese relacionada a eventos de pequena escala (duplicação de segmento, duplicação individual de genes e translocações) que alcançaram o elevado número de genes Hox que observamos hoje neste grupo.

Referências

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