構造とホックス遺伝子の相同性：椎骨柱

HOX遺伝子の発現パターンに関する研究により、脊椎動物の間で驚くほど高い保存が明らかになりました。この保存と一致して、特定のHOX遺伝子の発現領域の前部と脊椎軸の形態学的領域間の境界との間に相関が見つかりました。これらの類似点は、この保守主義を保護するための強い選択的圧力がない限り、印象的で重要であり、直感に反するものでもあります。これらの保守的なネットワークを維持する選択力を特定することが重要です。これらの選択的な力は、多面的または内部選択による可能性があります。議論されているのは、哺乳類の頸椎数の数に対する進化的制約に関与する選択的要因です。関係する要因は、内部の選択によるものであり、癌、死産、ニューロンの問題に対する感受性が含まれます。類似した遺伝的ネットワークが根本的に異なる動物につながる可能性があることは興味深いです。明らかに、同じ遺伝子が異なる目的で使用されています。したがって、これらの違いを見つけようとすることが重要です。生物間の相同性の検索、そしてそれに伴う類似点についての熱意は、時にはそのような違いの発見を妨げます。椎骨軸の発生中に、HOX遺伝子の機能パターンと発現パターンの脊椎動物内の違いについて文献を検索しました。構造と遺伝子の相同性に対するその後の意味について説明します。椎骨は、前軸に沿ったHOX遺伝子発現パターンの大規模な保存のため、相同ホックス遺伝子と相同構造との関係を評価するための有望なモデルシステムです。ただし、脊椎動物カラムの広範なリモデリングは、遺伝的基盤の重要な変化が起こったに違いないことを示しています。文献の調査では、HOX遺伝子発現領域と椎骨領域間の相関は、HOX遺伝子発現パターンに基づいて椎骨領域間の境界を予測できるほどではないことを示しています。椎骨の同一性の発達におけるHOX遺伝子の関与は複雑であり、解剖学的相同性の決定のための遺伝子発現パターンの価値に関する問題について説明します。

Research on expression patterns of Hox genes has revealed a surprisingly high conservation among vertebrates. In agreement with this conservation, a correlation has been found between the anterior limits of expression areas of certain Hox genes and the borders between morphological regions of the vertebral axis. These similarities are striking and important, but also counterintuitive, unless there are strong selection pressures to protect this conservatism. It is important to identify the selective forces that maintain these conservative networks. These selective forces can be due to pleiotropy or to internal selection. Discussed are the selective factors that are involved in the evolutionary constraint on the number of cervical vertebral numbers in mammals. Factors involved are due to internal selection and involve susceptibility to cancer, stillbirths and neuronal problems. It is intriguing how similar genetic networks can lead to fundamentally different animals. Clearly the same genes are used for different purposes. It is therefore important to try to find these differences. The search, for homology between organisms, and the enthusiasm about similarities that come with it, at times impedes the discovery of such differences. I have searched the literature for differences within vertebrates in the functioning and expression patterns of Hox genes during the development of the vertebral axis. The ensuing implications for homology of structures and genes are discussed. The vertebral column is a promising model system for the evaluation of the relationship between homologous Hox genes and homologous structures because of the large conservation of Hox gene expression patterns along the anterior axis. However, extensive remodelling of the vertebrate column indicates that important changes in the genetic basis must have taken place. A survey of the literature indicates that the correlation between Hox gene expression areas and vertebral regions is not such that one can predict the borders between vertebral regions on the basis of Hox gene expression patterns. The involvement of Hox genes in the development of identity of vertebrae is complex and the problems regarding the value of gene expression patterns for the determination of anatomical homology are discussed.