النبات
مواضيع عامة في علم النبات
الجذور - السيقان - الأوراق
النباتات الوعائية واللاوعائية
البذور (مغطاة البذور - عاريات البذور)
الطحالب
النباتات الطبية
الحيوان
مواضيع عامة في علم الحيوان
علم التشريح
التنوع الإحيائي
البايلوجيا الخلوية
الأحياء المجهرية
البكتيريا
الفطريات
الطفيليات
الفايروسات
علم الأمراض
الاورام
الامراض الوراثية
الامراض المناعية
الامراض المدارية
اضطرابات الدورة الدموية
مواضيع عامة في علم الامراض
الحشرات
التقانة الإحيائية
مواضيع عامة في التقانة الإحيائية
التقنية الحيوية المكروبية
التقنية الحيوية والميكروبات
الفعاليات الحيوية
وراثة الاحياء المجهرية
تصنيف الاحياء المجهرية
الاحياء المجهرية في الطبيعة
أيض الاجهاد
التقنية الحيوية والبيئة
التقنية الحيوية والطب
التقنية الحيوية والزراعة
التقنية الحيوية والصناعة
التقنية الحيوية والطاقة
البحار والطحالب الصغيرة
عزل البروتين
هندسة الجينات
التقنية الحياتية النانوية
مفاهيم التقنية الحيوية النانوية
التراكيب النانوية والمجاهر المستخدمة في رؤيتها
تصنيع وتخليق المواد النانوية
تطبيقات التقنية النانوية والحيوية النانوية
الرقائق والمتحسسات الحيوية
المصفوفات المجهرية وحاسوب الدنا
اللقاحات
البيئة والتلوث
علم الأجنة
اعضاء التكاثر وتشكل الاعراس
الاخصاب
التشطر
العصيبة وتشكل الجسيدات
تشكل اللواحق الجنينية
تكون المعيدة وظهور الطبقات الجنينية
مقدمة لعلم الاجنة
الأحياء الجزيئي
مواضيع عامة في الاحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
الغدد
مواضيع عامة في الغدد
الغدد الصم و هرموناتها
الجسم تحت السريري
الغدة النخامية
الغدة الكظرية
الغدة التناسلية
الغدة الدرقية والجار الدرقية
الغدة البنكرياسية
الغدة الصنوبرية
مواضيع عامة في علم وظائف الاعضاء
الخلية الحيوانية
الجهاز العصبي
أعضاء الحس
الجهاز العضلي
السوائل الجسمية
الجهاز الدوري والليمف
الجهاز التنفسي
الجهاز الهضمي
الجهاز البولي
المضادات الحيوية
مواضيع عامة في المضادات الحيوية
مضادات البكتيريا
مضادات الفطريات
مضادات الطفيليات
مضادات الفايروسات
علم الخلية
الوراثة
الأحياء العامة
المناعة
التحليلات المرضية
الكيمياء الحيوية
مواضيع متنوعة أخرى
الانزيمات
Homeobox Genes
المؤلف:
M. Affolter, A. Percival-Smith, M. Müller, W. Leupin, and W. J. Gehring
المصدر:
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 4093–4097.
الجزء والصفحة:
18-5-2016
3582
Homeobox Genes
Homeobox genes play fundamental roles in development and evolution. They are perhaps the best examples of key regulators of gene transcription that are at the heart of the genetic circuitry, regulating different pathways. Homeobox genes have been highly conserved throughout evolution and are involved in the genetic control of the body plan, the determination of cell fate, and several other basic developmental processes. Common among the hundreds of different homeobox genes known today is a highly homologous, 180-bp structural motif, the homeobox . The homeobox encodes a 60-amino acid residue polypeptide chain, the homeodomain, that represents the DNA-binding domain of the respective proteins.
1. History of Homeobox Genes
Homeotic mutations lead to segmental transformations, suggesting that they are involved in the genetic control of a body plan. The first homeotic mutant, bithorax, was discovered in 1915 (1). This Drosophila gene was later shown to be part of a gene cluster termed the bithorax complex (BX-C( (2) . Single mutations in the bithorax complex induced major modifications in the body plan, for example, generating four-winged flies. In 1983, the first homeobox gene locus, Antennapedia, was isolated (3), which is part of the Antennapedia complex (Antp). Comparative sequence analysis of the first three cloned homeobox genes, Antennapedia, fushi tarazu, and Ultrabithorax, established a common DNA motif, coined the homeobox (4, 5). This motif was not confined to Drosophila, but was also found in vertebrates, including mice and humans. In 1984, the first homeobox gene in the mouse was cloned by cross-hybridization using a Drosophila homeobox probe (6.(
2. Structure and Function of the Homeodomain
The highly conserved homeodomain is typically composed of 60 amino acid residues. Figure 1 shows the amino acid consensus sequence based on 346 different homeodomain sequences (7. (Comparison of the X-ray crystallography structures of the homeodomains of engrailed and other homeobox genes of the yeast mating-type proteins revealed a helix-turn-helix binding motif (8), suggesting that all homeodomains bind to DNA in the same manner. The three alpha-helical regions are composed of residues 10–22, 28–38 and 42–58 of the homeodomain (see Fig. 1). Helix 3, the recognition a-helix, binds to the major groove of DNA, whereas helices 1 and 2 lie close to each other in an antiparallel orientation outside the double helix. Thus, only a small number of residues in helix 3 (in particular, that at position 50) and in the N-terminal arm are responsible for the specificity of contacts with the DNA. Furthermore, in vitro binding studies with protein extracts of the locus Antennapedia showed that the homeodomain binds as a monomer to its DNA-binding site, dissociated only slowly, with an estimated half-life of 90 min (9). Other examples suggest that homeobox proteins may dimerize. Transcriptional regulation of homeodomain proteins in vivo was first demonstrated for bicoid, interacting with its target gene hunchback (10-12).
Figure 1. The primary and secondary structures of the homeodomain. The homeodomain contains three well-defined a-helices and a more flexible fourth helix. The schematic illustration of the structure represents a composite derived from the structures of the Antennapedia, engrailed, and MATa2 homeodomains. The amino acid consensus sequence is based on 346 homeodomain sequences. For each position, the amino acid encountered most frequently is listed at the top, while other amino acids are listed beneath in decreasing order of frequency of occurrence. Amino acids occurring fewer than 5 times (1.5%) are not shown.