Geni omeotici (Drosophila)

Geni omeotici

I geni omeotici regolano lo sviluppo antero-posteriore dell’embrione. È segmentale, ovvero

procede per successione di segmenti successivi lungo l’asse.

Inoltre sono geni simili tra loro associati allo stesso locus genetico, tutti in fila uno rispetto

all’altro. In questo modo vengono espressi in successione temporale, in modo da coordinare lo

sviluppo nel tempo, rispetto ai vari segmenti dell’embrione. Dall’analisi di questi geni è stato

formulato il codice HOX che regola lo sviluppo dell’asse antero-posteriore.

Differenze tra Drosophila e mammiferi

In Drosophila questi geni prendono il nome in base al fenotipo che genera il gene mutato. Nei

mammiferi, l’aumentata complessità dell’organismo ha portato alla replicazione di questo

locus: esistono 4 loci HOX diversi per i geni omeotici ortologhi a quelli di drosophila. Questi

geni all’interno dei loci sono disposti in un ordine preciso, ma nei diversi loci il numero dei

geni non è conservato e varia. Alcuni di questi geni, nei diversi loci sono paraloghi, ossia geni

che si sono duplicati, molto simili tra loro e che svolgono funzioni simili.

I primi geni del locus sono espressi molto precocemente, perché vengono espressi in ordine; i

vari paraloghi sono espressi contemporaneamente. Inoltre, i geni espressi prima, verranno

espressi in una regione più anteriore del corpo. Perché vengono espressi secondo gradiente.

La specificità regionale e temporale dipende dall’espressione combinata dei geni omeotici.

Geni omeotici e AR

Le linee di sviluppo principali lungo l’asse antero-posteriore sono determinate dalle

concentrazioni di acido retinoico.

L’acido retinoico è secreto dalle regioni del labbro dorsale del blastoporo secondo un

gradiente, in modo da accumularsi nelle regioni posteriori dell’embrione. Le cellule che si

trovano in presenza di alte concentrazioni di AR sono cellule che hanno una bassa risposta

all’AR. Nelle regioni anteriori, anche basse concentrazioni di AR riescono ad attivare i geni

omeotici: per questo motivo si attivano per primi, perché sono più sensibili; mentre i geni

posteriori hanno bisogno che si accumulino alte concentrazioni di AR per attivarsi.

Analisi sperimentali del codice HOX

Esperimenti Knock-out

Attraverso la tecnologia Knock-out sono stati studiati questi geni, che a turno venivano

disattivati. Inattivando il gene non si forma quel particolare segmento, oppure si forma con

caratteristiche fenotipiche particolari.

per il gene Hoxa-3, un gene espresso piuttosto precocemente in una regione

àKnock-out

anteriore. La terza tasca faringea e il quarto arco non si formano.

In seguito sono stati fatti i Knock-out per tutti i geni omeotici e per combinazioni di geni per

capire come avvenisse la regolazione di questi geni.

per il gene Hoxc-8, spostato verso il polo posteriore, responsabile dello sviluppo

àKnock-out

di una vertebra lombare e di tutti gli annessi in corrispondenza di questa regione vertebrale.

L’alterazione del gene forma delle piccole costole incomplete al posto della vertebra lombare;

assomiglia ad una vertebra più anteriore.