omeotici, geni

Geni che controllano lo sviluppo. In Drosophila melanogaster l’attività dei prodotti dei geni della segmentazione divide l’embrione precoce, o blastoderma, in una serie di unità lineari simili (unità metameriche); successivamente l’azione dei geni o. specifica le strutture peculiari di ogni unità metamerica. I geni o. di Drosophila sono localizzati in due complessi: Bithorax , che controlla lo sviluppo nei segmenti toracico-posteriore e addominale, e Antennapedia, che controlla la testa e i segmenti toracici anteriori. Questi complessi condividono una sequenza nucleotidica ad alta omologia di circa 180 bp, chiamata omeobox, codificante una regione polipeptidica di 60 amminoacidi, chiamata dominio omeotico. I domini omeotici delle proteine si legano specificamente a tratti di DNA regolandone la funzione. L’analisi dettagliata dei geni o. richiede la loro clonazione e il loro sequenziamento. In organismi modello quali Drosophila melanogaster un gene clonato può anche essere reintrodotto nell’animale dopo averlo modificato in vitro per stabilirne il funzionamento in vivo (➔ transgenico). In questi processi di trasformazione è possibile anche utilizzare DNA di organismi differenti, quali batteri, altri invertebrati o Vertebrati, in modo tale che il moscerino si trasformi in un laboratorio vivente per studiare le funzioni di geni provenienti da specie differenti compreso l’uomo (➔ Hox). In Drosophila melanogaster, come in molti invertebrati, il corpo è costituito da un insieme di segmenti, e ciascun segmento può essere identificato per colorazione, disposizione delle setole e tipo di appendici. Questi segmenti possono essere identificati anche nell’embrione e nella larva.

Nei Vertebrati la segmentazione non è evidente nell’adulto, ma si può individuare nell’embrione analizzando il modo in cui le fibre nervose si originano dal sistema nervoso centrale, la formazione degli archi branchiali nella testa e l’organizzazione delle masse muscolari. I geni o. controllano l’identità dei singoli segmenti; il programma di sviluppo di ogni cellula all’interno di ogni segmento sembra dipendere esclusivamente dallo specifico gruppo di geni o. che sono espressi nel suo interno: essi spesso sono definiti anche geni selettori, proprio per il ruolo importante che hanno nella selezione dell’identità segmentale delle singole cellule.

I geni o. sono controllati da un gruppo di geni espressi più precocemente durante lo sviluppo. E. Wieschaus e C. Nüsslein-Volhard classificarono in tre gruppi i geni necessari alla segmentazione lungo l’asse anteroposteriore. Al primo gruppo appartengono i geni gap che definiscono le regioni dei segmenti dell’embrione; essi codificano fattori di trascrizione e le loro mutazioni determinano l’assenza di intere regioni di segmenti corporei contigui, causando una lacuna (gap) lungo l’asse anteroposteriore. I geni pair-rule sono espressi in sette strisce alternate lungo l’asse anteroposteriore, dividendo l’embrione in 14 zone differenti, dette parasegmenti. La maggior parte di essi codifica fattori di trascrizione. I geni segment polarity definiscono il compartimento anteriore e posteriore dei singoli segmenti; mutazioni di questi geni determinano la sostituzione della mezza parte mancante di ciascun segmento con una copia speculare della metà presente. I geni gap sono attivati, dopo circa 2 ore dalla fecondazione, da geni a effetto materno che codificano proteine prodotte durante l’oogenesi; detti geni regolano l’espressione dei geni pair-rule, che avviene dopo circa 3 ore dalla fecondazione; questi ultimi regolano l’espressione dei geni segment polarity, che si verifica dopo circa 5 ore nella regione anteriore e posteriore di ciascun parasegmento. In concomitanza con questi fenomeni sono attivati (circa 10 ore dopo la fecondazione) i geni o. sotto il controllo dei geni gap e pair-rule, per dare un’identità unica ai segmenti che formano l’asse anteroposteriore. Le proteine codificate dai geni o. sono fattori di trascrizione e si legano a sequenze regolative del DNA, incluse quelle all’interno degli stessi complessi o., quali Bithorax e Antennapedia.