结构生物化学/同源盒基因

同源盒基因

同源盒基因是一个庞大的类似基因家族，在早期胚胎发育过程中指导许多身体结构的形成。同源盒是存在于基因中的 DNA 序列，参与动物、真菌和植物的解剖发育形态发生的模式调节。在人类中，同源盒基因家族估计包含 235 个功能基因和 65 个假基因，假基因在结构上与功能基因相似，但不提供制造蛋白质的指令。同源盒基因存在于所有人类染色体上，并且它们经常成簇出现。已经描述了许多类和亚家族的同源盒基因，尽管这些分组的使用并不一致。

发现

它们是在 1983 年由 Ernst Hafen、Michael Levine 和 William McGinnis 在瑞士巴塞尔大学 Walter Jakob Gehring 实验室独立发现的；以及 Matthew P. Scott 和 Amy Weiner，他们当时正在印第安纳州布卢明顿的印第安纳大学与 Thomas Kaufman 合作。

同源域

同源盒基因包含一个特定的 DNA 序列，该序列提供制造称为同源域的 60 个蛋白质构建块（氨基酸）链的指令。大多数含有同源域的蛋白质充当转录因子，这意味着它们结合并控制其他基因的活性。同源域是蛋白质的一部分，它附着（结合）到目标基因的特定调控区域。

同源盒大约有 180 个碱基对长。它编码一个蛋白质结构域（同源域），当表达（即作为蛋白质）时，它可以结合 DNA。以下是对应于同源盒域的共有 60 个残基链，典型的内含子位置用破折号表示

RRRKRTA-YTRYQLLE-LEKEFLF-NRYLTRRRRIELAHSL-NLTERHIKIWFQN-RRMK-WKKEN

同源盒基因编码转录因子，这些转录因子通常会启动其他基因的级联反应。同源域以序列特异性方式结合 DNA。然而，单个同源域蛋白的特异性通常不足以仅识别其所需的靶基因。大多数情况下，同源域蛋白作为与其他转录因子形成的复合物，在靶基因的启动子区域发挥作用。此类复合物比单个同源域蛋白具有更高的靶标特异性。同源域既由 Hox 基因簇的基因编码，也由整个基因组中的其他基因编码。

同源盒域最初是在许多果蝇同源异型和分割蛋白中发现的，但现在已知在许多其他动物（包括脊椎动物）中高度保守。

功能

同源盒家族中的基因参与发育过程中的各种关键活动。这些活动包括指导肢体和器官沿前后轴（动物中从头到尾的假想线）的形成，以及调节细胞成熟以执行特定功能（分化）的过程。一些同源盒基因充当肿瘤抑制基因，这意味着它们有助于阻止细胞过快或不受控制地生长和分裂。

突变

科学家在几个基因中发现了这种称为同源盒的短 DNA 序列。当遗传学家在不同生物体的基因中发现非常相似的 DNA 序列时，这几乎意味着这些基因一定在做着重要而有用的事情，进化一直在使用相同的序列，并且在新的物种进化时允许很少的结构变化。在许多生物体中已经确定了数百个同源盒基因，它们产生的蛋白质被证明参与了许多物种的早期发育阶段。研究人员发现，同源盒基因的异常会导致人类多指或多趾。

由于同源盒基因具有如此重要的功能，因此这些基因的突变会导致各种发育障碍。例如，HOX 组同源盒基因的突变通常会导致肢体畸形。PAX 同源盒基因的变化通常会导致眼部疾病，而 MSX 同源盒基因的变化会导致头部、面部和牙齿发育异常。此外，某些同源盒基因活性的增加或减少与晚年发生的几种癌症有关。

同源盒基因家族

同源盒基因家族的一些成员包括：ALX4、ARX、HESX1、HOXA13、LMX1B、MSX1、MSX2、OTX2、PAX2、PAX3、PAX6、PAX8、PHOX2A、PHOX2B、PITX2、POU3F4、PROP1、SHOX、SIX1、SIX3、SIX5、TGIF1 和 ZEB2。

HUGO 基因命名委员会 (HGNC) 提供了同源盒家族中所有基因的完整列表：<//http://www.genenames.org/genefamilies/homeobox>。

与同源盒基因家族相关的医学状况

• 无虹膜症
• 阿克塞尔-里格尔综合征
• 鳃耳肾综合征
• 视神经发育不全
• 联合垂体激素缺乏症
• 先天性中枢性低通气综合征
• 先天性眼外肌纤维化
• 先天性甲状腺功能减退症
• 颅面-耳聋-手综合征
• 顶骨孔扩大
• 手足生殖器综合征
• 朗格中节肢体发育不良
• 莱里-威尔骨软骨发育不良
• 小眼球症
• 莫瓦特-威尔逊综合征
• 指甲-髌骨综合征
• 神经母细胞瘤
• 非综合征性耳聋
• 非综合征性前脑无裂畸形
• 波托奇-谢弗综合征
• 肾视神经发育不全综合征
• 隔视神经发育不全
• 特纳综合征
• 瓦登堡综合征
• 威尔姆斯肿瘤、无虹膜症、泌尿生殖系统异常和智力障碍综合征
• 狼-希尔施霍恩综合征
• X 连锁婴儿痉挛综合征
• X 连锁无脑回畸形

参考文献

• 美国卫生与公众服务部。新遗传学。2006 年 10 月。<http://www.nigms.nih.gov>。
• "遗传学家庭参考。".<http://ghr.nlm.nih.gov/geneFamily/homeobox>。
• "什么是同源盒基因？". 遗传学家庭参考：了解遗传参考的指南。N.p.，2012 年 10 月。网络。2012 年 11 月 20 日。<http://ghr.nlm.nih.gov/geneFamily/homeobox>。
• "同源盒维基百科页面。".<http://en.wikipedia.org/wiki/Homeobox>。