Genes Homeobox La familia de genes HOX codifican para un grupo de factores de transcripción responsables de regular la morfogénesis y de conferir la identidad axial para el desarrollo del embrión. Los HOX tienen en común una secuencia de DNA conocida como caja homeótica, la cual está constituida por 180 pares de bases nitrogenadas. La caja homeótica guarda homeológía con cajas homeóticas de organismos superiores como vertebrados, mamíferos y de humanos. En vertebrados los 39 genes Hox están organizados en cuatro grupos cromosómicos: HoxA, HoxB, HoxC y HoxD. Este arreglo surgió evolutivamente por duplicación y divergencia de un grupo Hox ancestral, que condujo a la generación de subgrupos de genes parálogos (afines), los cuales están altamente relacionados en base a secuencias similares y posición dentro del grupo. Los HoxA a HoxD se han subdividido en 13 subgrupos o familias de genes parálogos Calvin Bridges, observó en 1915 una mutante (conocida como bithorax) de la mosca Drosófila melanogaster En la mosca, los halterios estaban transformados en alas A este tipo de mutación, le llamó homeótica, Esto es, una malformación que sustituye el pátrón de una región del genoma, que cambia de tal forma que luego se parece mucho a otra. Así, las mutaciones homeóticas demuestran que hay genes que pueden controlar las distintas regiones del genoma que determinan las estructuras de un organismo, por lo que estas producen transformaciones anatómicas. En 1946 Edward Lewis mostró que estos genes trabajan localmente en grupos de células para regular el establecimiento de un patrón de diferencianción. Las mutaciones de los genes maternos pueden producir embriones que carecen de una región en particular, en los que algunas regiones son alargadas y otras duplicadas Las mutaciones maternas, como bicoide, que están involucrados en la región anterior producen larvas que carecen de estructuras anteriores y mutaciones en genes maternos involucrados en la determinación de la parte posterior, como nanos, producen larvas que carecen de estructuras posteriores Al iniciar la cascada de regulación los genes maternos controlan la expresión de genes cigóticos, o sea los que se expresan en el embrión. Los primeros genes cigóticos regulados por los de la madre son los genes Gap (hueco en inglés), que si sufren una mutación, ciertas partes del cuerpo del embrión se encuentran ausentes El gen Kuppler del grupo Gap es regulado por el gen materno bicoide, depende de la concentración de este y 1

de sí mismo su inhibición o exhibición La expresión de los Gap divide al embrión de Drosophila en bandas transversales que activan la expresión de los siguientes genes en la cascada, reminiscencia de la segmentación del embrión Estos genes son llamados Pair−Rule y están divididos en primarios y secundarios, los primarios se expresan primero y regulan a los secundarios Los Pair−Rule comienzan a determinar la naturaleza de los diferentes segmentos en el embrión La acción de los Gap y P.R activa la expresión de los genes del grupo Segment polarity que son los siguientes en la cascada Estos genes definen los límites y la polaridad de los segmentos, osea, determinan en cada segmento, cual va a ser anterior y cual posterior. El gen engrailed es el primer gen selector que es activado de este grupo y regula la compartamentalización y determinación de los linajes celulares En la mosca hay 3 segmentos torácicos y 8 abdominales, cada uno de ellos sabe cual es su parte anterior y cual su posterior esto está en parte determinado en las células en las que se expresa o no engrailed La acción conjunta de los genes Gap, Pair− Rule y Segment polarity modula la expresión de los genes homeóticos. Janni Nussleinvolhard y Eric Wieschaus premio nobel 1994 Por la acción de los genes homeóticos se determinan los distintos compartimentos en cada región de la mosca La mutación de estos genes produce consecuencias dramáticas En mutante Ultrabimesotorax el metatorax se transforma en mesotórax produciendo una mosca con 4 alas En Annapedia, la mosca tiene patas en lugar de antenas Los genes homeóticos se codifican y se organizan en 2 complejos en el cromosoma 3 de la mosca El complejo Antennapedia tiene 4 genes homeóticos: Labial, deformed, sex combs reduced y Antenapedia Los genes del complejo Antenapedia especigican las características morfológicas de la epidermis en el desarrollo del sistema nervioso central del primer parasegmento hasta el 5 y del 4 al 13 Los genes del complejo bitorax determinan la identidad morfológica de la epidermis y del sistema nervioso central del parasegmento del 5 al 14 El orden físico de estos genes es el mismo que el orden de expresión anteroposterior Entre más hacia 3 esté el correspondiente gen homeótico en el cromesoma, más hacia la parte anterior del organismo es su expresión, y por lo tanto más anteriores son las mutaciones cuando se afecta esta gen. (regla de la colineidad) La regulación de los genes homeóticos se de por la acción de los genes de segmentación, poco después de la 2

formación del blastodermo celular Los genes homeóticos se autorregulan, por ejemplo el ultrabithorax activa la transcripción de su propio gen e inhibe la del antennapedia En cierto momento las genes de segmentación se dejan de expresar pero los homeóticos siguen siendo regulados, esto se debe a la acción de los genes del grupo Polycomb y los del grupo trithorax. La acción de los genes homeóticos desencadenan otras cascadas de regulación de diferentes tipos de genes que determinan, que un ala sea ala y dónde debe estar.

3