Un omeodominio è un dominio proteico capace di riconoscere specifiche sequenze nucleotidiche; pertanto le proteine che lo contengono hanno probabilmente attività di regolatori trascrizionali.
I geni Hox e Pax codificano per omeoproteine necessarie per il corretto sviluppo embrionale.
I geni Hox codificano per un omeodominio di 60 amminoacidi. Nei Mammiferi sono una quarantina (38 in uomo e topo), ma più che essere 40 sono 4 volte 10. Sono disposti in quattro regioni cromosomiche compatte chiamate appunto complessi o loci HOX. HOX1 contiene 11 geni e si trova sul cromosoma 7, mentre HOX2, HOX 3 HOX4 contengono 9 geni ciascuno e si trovano rispettivamente sui cromosomi 17,12 e 2. I quattro loci si possono allineare in modo tale far corrispondere i geni (detti paraloghi) sulla rispettiva verticale; in termini evolutivi ciò significa che si sono originati per duplicazioni successive da un unico locus. Ad ulteriore conferma, i quattro complessi possono essere allineati anche ad un gruppo di otto geni detto complesso omeotico o HOM-C, l’unico presente in Drosophila e negli altri invertebrati fino agli Anfiossi. Sia i geni di HOM-C che quelli di HOX sono espressi a livello embrionale secondo uno schema antero-posteriore, seguendo un ordine spaziale identico alla loro disposizione sul cromosoma: il gene all’estremità 3′ del complesso viene espresso nella regione cefalica, mentre i geni progressivamente più vicini all’estremità 5′ vengono espressi in specifici segmenti progressivamente più vicini all’estremità posteriore del corpo; sembra inoltre che le aree di espressione si sovrappongano parzialmente. Inoltre nei Mammiferi accade un fenomeno di co-espressione, detto colinearità temporale: i geni di ciascun locus al 3′ sono espressi prima di quelli al 5′ e allo stesso modo tendono smettono di venire espressi.
I geni Hox sono espressi tutti durante l’embriogenesi, dal 7° al 15° giorno dello sviluppo in topo e dalla 4° alla 13° settimana in uomo, alcuni in certi tessuti embrionali, altri in altri, ma tutti nelle cellule del sistema nervoso centrale dell�embrione. Il dominio di espressione si estende lungo l’asse antero-posteriore con un bordo anteriore netto e uno posteriore più sfumato, a dimostrazione della presenza di un gradiente di distribuzione di trascritti e proteine. I dati funzionali esistenti indicano che la regione del corpo controllata da ciascuno di loro è una ristretta fascia adiacente al bordo anteriore del loro dominio di espressione. La situazione dell’embrione in generale è riprodotta nell’arto in sviluppo: l’asse antero-posteriore determina la formazione delle dita, mentre quello prossimale-distale determina la formazione dell’arto dall’omero (o femore) fino alle dita. L’asse antero-posteriore è controllato dalla cosiddetta zona di attività polarizzante (ZPA) costituita da cellule del mesenchima posteriore che secernono molecole-segnale, di cui si forma un gradiente tale per cui le cellule bersaglio più vicine alla sorgente vanno a formare il quinto dito, mentre quelle progressivamente più lontane formano le altre dita. E’stato identificato un gene che sembra codificare per la molecola segnale, conosciuta come sonic hedgehog, secreta dalle cellule della regione ZPA. Si ritiene che il gradiente di concentrazione di sonic hedgehog possa indurre l’espressione differenziale dei geni Hox nell’arto e conseguentemente determini la formazione delle dita. L’acido retinoico, un analogo della vitamina A, è un’altra sostanza coinvolta nella regolazione dello sviluppo dell’arto, in quanto definisce la collocazione della futura regione ZPA e i geni Hox collocati all’estremità 3′ del gruppo sembrano più sensibili di quelli al 5′ all’induzione dell’espressione da acido retinoico.
Per quanto riguarda le patologie connesse a questi geni, è nota la sindrome mani-piedi-genitali, dovuta ad una mutazione autosomica dominante che provoca abnorme sviluppo di mani e piedi e malformazioni dell’apparato uro-genitale. In topo sono stati creati mutanti per eccesso e difetto di funzione. I primi mostrano difetti a carico dello scheletro assile e malformazioni cranio-facciali in direzione posteriore (ad esempio la prima vertebra cervicale si presenta come una copia della seconda), gli altri presentano malformazioni speculari in direzione anteriore.
Per quanto riguarda i geni Pax, essi codificano per una proteina con un omeodominio di 128 amminoacidi e anch’essi sono importanti ed espressi durante lo sviluppo embrionale, in particolare della colonna vertebrale e del sistema nervoso centrale. In Drosophila sono presenti 5 geni Pax, in uomo 9, di cui 7 includono anche sequenze codificanti per domini Hox. Sono state identificate tre mutazioni naturali. Una è chiamata undulated in quanto ed il suo fenotipo consiste in deformità della colonna vertebrale. E’ causata dalla sostituzione di una singola base nel gene Pax 1, il cui prodotto è infatti espresso a livello dei dischi intervertebrali e per tutta la lunghezza dell’embrione. Il secondo mutante è splotch, associato a mutazioni del gene Pax 3, di cui esiste una malattia omologa in uomo, la sindrome di Waardenburg, che causa sordità con anomalie nella pigmentazione. Infine, mutazioni nel gene Pax 6 danno il fenotipo smalleye (occhi piccoli), ma in caso di omozigosi questa mutazione provoca assenza di occhi e di alcune specifiche strutture nasali.
Fonti:
Strachan, Reed, Genetica umana molecolare, UTET
De Carli, Boncinelli, Larizza, Danieli, Genetica generale e umana, Piccin
Link utile: http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=8787
Per approfondire su�sonic hedgehog: http://www.bio.davidson.edu/Courses/Molbio/MolStudents/spring2003/Watson/Sonichedgehog.htm
Glossario
Ortologia: stretta somiglianza di segmenti cromosomici o di sequenze di DNA appartenenti a specie diverse.
Paralogia: stretta somiglianza di segmenti cromosomici o di sequenze di DNA all’interno di una specie, in genere è indicativa di una duplicazione genica.
Omologia: un qualsiasi tipo di relazione indicativa di un’origine evolutiva comune.