Genes Homeóticos: Arquitectos del Plan Corporal y la Morfogénesis

Los procesos que ocurren a nivel celular no solo incluyen la proliferación y el crecimiento celular, sino también la diferenciación celular y la morfogénesis. La diferenciación es la generación de especificidad celular, es decir, la determinación de estructuras y funciones específicas en distintos fenotipos celulares.

Determinación de la Localización y Tipo de Órgano

Dos tipos de genes definen la localización y el tipo de órgano en cada especie. Ciertos genes definen la naturaleza del órgano (pata, oído, ojo, etc.), mientras que otro tipo de genes determinan su localización. Antes de que la mayoría de las células comience a especializarse, se establece un plan corporal que define la ubicación de las principales regiones del cuerpo: cabeza, tronco, cola, etc.

Estos genes se llaman genes homeóticos, y sus mutaciones son conocidas como mutaciones homeóticas. Un gen homeótico es un gen que interviene en el programa de desarrollo que determina la localización de órganos a lo largo del eje antero-posterior.

El Eje Antero-Posterior y la Forma del Cuerpo

La determinación del eje antero-posterior (cabeza-cola) del embrión constituye la piedra angular del desarrollo, ya que proporciona una línea central a lo largo de la cual se desarrollará el resto de las estructuras. Los genes homeóticos constituyen una familia de genes que determina la forma del cuerpo. Son genes de posición o selectores de posición de las estructuras que se desarrollan.

Estos genes expresan su actividad en regiones diferentes del embrión, subdividiendo al embrión a lo largo del eje cabeza-cola en campos celulares con diferentes potenciales de desarrollo, que se transformarán en miembros y otras estructuras. Esta subdivisión del cuerpo embrionario precede a la formación de órganos o estructuras específicos.

Mutaciones Homeóticas: Transformaciones Fenotípicas

Una mutación homeótica provoca la sustitución de una parte del cuerpo por una estructura cuya ubicación normal correspondería a otro sitio.

¿Cómo es posible que la mutación de uno o dos genes produzca una transformación fenotípica tan notable como la aparición de un órgano completo en un sitio que no corresponde?

Se necesitan cientos de genes activos para crear las alas y patas con ubicación normal. Los genes homeóticos actúan como genes “rectores” o “maestros”, ya que dirigen la actividad de varios genes subordinados. Por ejemplo, en la drosófila existe un gen homeótico que dirige la formación del ojo, para lo cual debe regular la expresión de alrededor de 2500 genes que codifican las proteínas que dan estructura y función al ojo. De esta manera, un solo gen homeótico funciona como un gen maestro capaz de controlar toda la cascada de eventos necesarios para el desarrollo de una estructura tan compleja como el ojo.

Naturaleza de las Proteínas Homeóticas y su Función

¿Qué tipo de proteínas codifican los genes homeóticos?

El producto de los genes homeóticos son proteínas reguladoras de genes. Los genes homeóticos tienen una secuencia muy conservada llamada caja homeótica, que en la proteína da origen a una región llamada homeodominio. La función del homeodominio consiste en reconocer y unirse a secuencias de DNA en los genes subordinados. Las proteínas con homeodominios activan o reprimen la expresión de los genes subordinados.

Conservación Evolutiva y Organización Espacial

Cuando se comparan los genes homeóticos de la mosca con los del ratón, se encuentran grandes homologías de secuencias. Esto hace pensar que, durante la evolución, los insectos y los vertebrados heredaron genes homeóticos desde un ancestro común. Esto explicaría el patrón de organización ampliamente difundido que se observa en un gran número de especies, donde los órganos y los aparatos principales aparecen distribuidos en tres ejes de polaridad:

• El eje antero-posterior
• El eje dorso-ventral
• El eje derecha-izquierda

Los genes homeóticos se agrupan en complejos o grupos dentro de un cromosoma. La ubicación de uno de estos genes en un cromosoma tiene una correspondencia con el lugar donde se expresa en el cuerpo.