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05/06/2019
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O que são genes HOX/Homeobox/Homeóticos?
Codificam FATORES DE TRANSCRIÇÃO que causam
HOMEosisHOMEO: similar
Sis: transformação
Propriedades das Proteínas Homeóticas
1. São fatores de transcrição com um domínio ligante a DNA (domínio homeobox ou homeótico)
2. O domínio homeobox tem cerca de 60 aminoácidos conservados
E. B. Lewis, Nature 276, 1978, 565.
2. As proteínas Homeobox estão agrupadas no genoma, i.e. são genes vizinhos
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3.Os genes homeobox/homeóticos definem os segmentos corporais
Mutações homeóticas trocam segmentos corporais
Ultrabithorax
Antennapedia
4. A ordem dos genes homeóticos no cromossomo corresponde à ordem temporal e espacial em que são expressos -> colinearidade
Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO QUE AS DIVERSIDADES DE PLANO CORPORAL PODEM SER GERADAS?
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Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO QUE AS DIVERSIDADES DE PLANO CORPORAL PODEM SER GERADAS?
COMO ISTO PODE GERAR DIVERSIDADE?
O LIMITE ANTERIOR DO DOMÍNIO DE EXPRESSÃO DE UM
CONJUNTO DE HOX DETERMINA O FIM DOS SEGMENTOS ANTERIORES A ESTES
A combinação de perfis de expressão gênicas resulta na diferenciação dos segmentos corporais
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O que determina o número de pataslocomotoras vs. Maxilipídeos?
maxilepídeo Pata locomotora
T1
T1 T2 T3
T1 T2 T3 T4
Mysidium
Perielimenes
Triops
(Averof e Patel, 1997)
Mysidium
T1
T1
T1
T2
T2
T2
T3
T3
T3
Tórax
Perielimenes
Os segmentos torácicos variam na expressão de Ubx+Abd
Averof, 1997
T4
Ubx+abd
T1
T1 T2 T3
T1 T2 T3 T4
O primeiro segmento a desenvolver uma pata locomotora é a que expressa Ubx+Abd
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A segmentação da espécie varia de acordo com a expressão de Ubx e abdA
Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO SÃO GERADAS A MUDANÇAS DE PADRÃO DE EXPRESSÃO?
Hoxc6
Hoxc8
PORQUÊ AS COBRAS NÃO TÊM PERNAS?1. Mudanças no padrão de expressão de Hox2. Mudanças nos controles dos genes-alvo
Hoxc8 DETERMINA A REGIÃO DO FLANCO
PORQUÊ SEU PADRÃO DE EXPRESSÃO VARIOU NA
EVOLUÇÃO?
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O HOXC8 em aves tem um domínio de expressão mais curto
Belting et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998)
Comparação do Enhancer Imediato de camudongo e galinha
O Enhancer imediato de Camudongo confere ao gene LacZ (sob seu controle) uma expressão mais anterior
COMPARAÇÃO DO CONTROLE ESPACIAL DE ENCHANCER IMEDIA TO DE CAMUDONGO X AVES
PNAS 100 (26): 15666-9, 2003Anand et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Dec 23;100(26):15666-9.
Comparação do Enhancer Inicial de Hoxc8 entre diferentes espécies
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Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO QUE AS DIVERSIDADES DE PLANO CORPORAL PODEM SER GERADAS?
O que gera a diferença de asas em Diptera e Lepidoptera?
Normal
T1T1T2
AntpT2
AntpDeleção para Ubx
T2
AntpT2
Antp
Anterior Posterior
T1T1T2
AntpT2
AntpT3
UbxT3
Ubx
Segmentos torácicos
A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o limite posterior do segmento torácico
OU, a ausência de Ubx permite crescimento de asas
O que pode ter acontecido em borboletas?
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A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o limite posterior do segmento torácico
O que pode ter acontecido em borboletas para que tenham2 asas?
(a) Ausência de Ubx em ambos segmentos torácicos(b) Presença de Ubx em ambos segmentos torácicos(c) Ubx apenas no primeiro segmento torácico(d) Ubx apenas no segundo segmento torático
Ubx
A mutação/ inativação de Ultrabithorax (ubx) extende o limite posterior do segmento torácico
O que pode ter acontecido em borboletas para que tenham2 asas?
(a) Ausência de Ubx em ambos segmentos torácicos(b) Presença de Ubx em ambos segmentos torácicos(c) Ubx apenas no primeiro segmento torácico(d) Ubx apenas no segundo segmento torático
Ubx DSRF ASC Wg
Genes-alvo de Ubx na asa
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Sean Carroll
A diferença entre as asas está nos genes-alvo regulados por Ubx
Sean Carroll
A diferença entre as asas está nos genes-alvo regulados por Ubx
ACAGTGA CCTGAGC
HOX
TFTF
TF
Os genes HOX coordenam a expressão de outros fatores de transcrição
ACAGTGA CCTGAGC
HOX
TF
COMO QUE A FUNÇÃO DE UM FATOR DE TRANSCRIÇÃO PODE VARIAR?
1) Alteração na sequencia proteica do fator de transcrição
2) Alteração na região genômica-alvo reconhecida
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A diferença estrutural entre o Ubx de Onychophora e de Drosophila afeta a sua capacidade de regulação gênica –GENES ALVOS DIFERENTES
a) O Ubx de Onychophora não transforma torácico em abdominal
a) O Ubx de Onycophora não reprime o gene Distal-less(Dll)
O domínio repressor de Ubx de insetos surgiu como repetições de ALAninas.
Gallant e Carroll, Nature 2002Grenier, 2000
Mas e o Crustáceo (artemia) que tem múltiplos apêndices locomotores?
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a) O Ubx de Artemia transforma torácico em abdominalb) O Ubx de Artemia não reprime apêndices torácicos
Espécie Conversão de Toracico para
Abdominal
Repressão de apêndices torácicos
Drosophila SIM SIM
Artemia SIM NÃO
Onychophora NÃO NÃO
Espécie Conversão de Toracico para
Abdominal
Repressão de apêndices torácicos
Drosophila SIM SIM
Artemia SIM NÃO
Onychophora NÃO NÃO
A presença de SERINAS na região C-terminal de Ubx REPRIME a atividade REPRESSORA
A deleção de uma região C-terminal de ArtUbx aumenta a capacidade de repressão de ArtUbx
A deleção de uma região C-terminal de ArtUbx aumenta a capacidade de repressão de ArtUbxA fusão desta região C-terminal com o DrosUbx reduz a capacidade de repressão da DrosUbx
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?a) 5%b) 75%c) 15%d) 100%
E se mantiver a região C-terminal de ArtUbx e adicionar ALAninas nesta região?
a) 5%b) 75%c) 15%d) 100%
E se mantiver a região C-terminal de ArtUbx e adicionar ALAninas nesta região?
Espécie Conversão de Toracico para
Abdominal
Repressão de apêndices torácicos
Drosophila SIM SIM
Artemia SIM NÃO
Onychophora NÃO NÃO
COMO QUE A FUNÇÃO DE UM FATOR DE TRANSCRIÇÃO PODE VARIAR?
1) Alteração na proteína
2) Alteração na região genômica-alvo
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PORQUÊ AS COBRAS NÃO TÊM PERNAS?1. Mudanças no padrão de expressão de Hox2. Mudanças nos controles dos genes-alvo
Hoxc6Hoxc8
Hox 6
Hox 10
Hox 6 induzem costelas
e Hox10 reprimem
Myf5/Myf6
Enhancer H1
Hox 6 induzem costelas através de Myf5/Myf6 e Hox10 reprimem expressão de Myf5/Myf6
Myf5/Myf6HOX10
Enhancer H1
Hox 6 induzem costelas através de Myf5/Myf6 e Hox10 reprimem expressão de Myf5/Myf6 ao se ligar no enhancer H1
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Myf5/Myf6HOX10
Enhancer H1
Hox 6 induzem costelas através de Myf5/Myf6 e Hox10 reprimem expressão de Myf5/Myf6 ao se ligar no enhancer H1
Myf5/Myf6HOX10
Enhancer H1
Hox 6 induzem costelas através de Myf5/Myf6 e Hox10 reprimem expressão de Myf5/Myf6 ao se ligar no enhancer H1
Myf5/Myf6
HOX10
Enhancer H1
Hox 6 induzem costelas através de Myf5/Myf6 e Hox10 não reprimem expressão de Myf5/Myf6 porque não se ligam a H1
HIPÓTESE
A análise comparativa da região H1 de camundongos e cobras revela um nucleotídeo de diferença
Esta diferença está presente em diversas cobras e membros da Paenungulata
Vértebras torácicas
Paenungulata >19
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Esta diferença está presente em diversas cobras e membros da Paenungulata
231 vértebras torácicas
Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO QUE AS DIVERSIDADES DE PLANO CORPORAL PODEM SER GERADAS?
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1. QUESTÕES LEVANTADAS: a evolução dos próprios Hox
Ferrier and Holland, 2001Nat Rev Genet 2001 Jan;2(1):33-8.
1. QUESTÕES LEVANTADAS: a evolução dos Hox no contexto da evolução de planos corporais
FILOGENIAEvolução da sequência
SINTENIAPosição cromossomal
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** Evento de duplicação
O problema da classificação filogenética baseada em homologia de sequência é a evolução funcional
O problema da classificação por sintenia são as inversões...
A validação da classificação é realizada por testes funcionais inter-espécies
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Mudanças no número de genes
Mudanças no padrão de Expressão
Mudanças no genes-alvo
COMO QUE AS DIVERSIDADES DE PLANO CORPORAL PODEM SER GERADAS?
Modificado deThe Shape of Life Rudolf A. Raff
•Modificação de enhancers dos Hox•Sítios-alvo de microRNA•Disponibilidade de proteína ribossomal (!)
Duplicação genômica
ANCESTRAL
Hox novos Hox conservados
Padrão modificado Padrão conservado
•Modificação de sítios-alvo reconhecidos por Hox
•Modificação de domínios proteicos