Il controllo genico durante lo sviluppo. Copyright (c) by W. H. Freeman and Company

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1 Il controllo genico durante lo sviluppo

2 Come si trasforma un uovo fecondato in un organismo pluricellulare complesso? Questo processo richiede che specifici geni vengano attivati secondo una esatta sequenza temporale e nelle cellule appropriate, producendo i vari tipi di tessuti e gli specifici tipi cellulari che li compongono

3 La specificazione del tipo cellulare

4 La produzione di cellule differenziate (D) da cellule staminali (S) Le cellule staminali unipotenti producono un solo tipo di cellule differenziate; Le cellule staminali pluripotenti possono produrre due o più tipi di cellule differenziate.

5 Sviluppo del muscolo scheletrico nei mammiferi La miogenesi procede attraverso tre fasi: -La determinazione dei precursori delle cellule muscolari, i mioblasti; -La moltiplicazione ed eventualmente la migrazione; - Il differenziamento in cellule muscolari mature

6 I somiti embrionali danno origine ai mioblasti,, i precursori delle fibre muscolari scheletriche Durante le prime fasi dello sviluppo, i mioblasti si sviluppano da ammassi di cellule mesodermiche, detti somiti, situati ai lati del tubo neurale dell embrione.

7 I somiti danno origine anche ad altri tessuti oltre a quello muscolare Dopo la formazione del tubo neurale, da ogni somite si forma il dermomiotomo, che dà origine alla pelle e ai muscoli, e lo sclerotomo, che si sviluppa nelle strutture dello scheletro. I mioblasti si formano a livello dei bordi di ciascun dermomiotomo. I mioblasti laterali migrano negli abbozzi degli arti, quelli assiali formano il miotomo.

8 Il dermotomo dà origine alle componenti della pelle (derma), il miotomo ai muscoli assiali

9 Determinazione embrionale e migrazione dei mioblasti nei mammiferi

10 Il differenziamento dei mioblasti I mioblasti sono destinati a diventare cellule muscolari,, ma non sono ancora differenziati; vengono definiti determinati. I mioblasti,, per formare i muscoli, si allineano, smettono di dividersi, si fondono per formare un sincizio (una cellula contenente molti nuclei con un citoplasma comune), e si differenziano in fibre muscolari. Le cellule muscolari plurinucleate sono dette miotubi. In concomitanza con la fusione cellulare vengono attivati i geni necessari per il differenziamento ed il funzionamento delle fibre muscolari

11 I geni miogenici sono stati identificati la prima volta studiando fibroblasti in coltura fibroblasti L elevata frequenza con cui si osservava la conversione in miotubi delle cellule C3H 10T 1/2 trattate con 5-azacitidina suggerì che la riattivazione di uno o di pochi geni fosse sufficiente per avviare il programma di differenziamento delle cellule muscolari.

12 I geni miogenici sono stati identificati la prima volta studiando fibroblasti in coltura fibroblasti

13 Identificazione dei geni che inducono la miogenesi

14 Un saggio per i geni che inducono la miogenesi

15 I geni che inducono la miogenesi Quattro geni capaci di convertire le cellule C3HT 1/2 in cellule muscolari: myod (gene D per la determinazione miogenica) miogenina myf5 mrf4

16 Le proteine miogeniche sono fattori di trascrizione che contengono un dominio bhlh comune MRF (Muscle regulatory factors)

17 Dominio bhlh Il fattore di trascrizione umano Max

18 Interazione tra il dominio a elica-loop loop-elica (helix- loop-helix) nella proteina omodimerica Max e il DNA.

19 Le proteine bhlh Le proteine bhlh formano omo- ed eterodimeri che si legano ad un sito di DNA, la sequenza E (o E box), di 6 coppie di basi (consensus: CANNTG). Non tutte le sequenze E del genoma (1 ogni 256 nucleotidi su base casuale) sono riconosciute dagli MRF MyoD lega il DNA con affinità maggiore come eterodimero complessata con la proteina E2A, un altra proteina bhlh E2A, espressa anche in altri tipi cellulari, è comunque necessaria per la miogenesi delle cellule C3H 10T 1/2. I domini di interazione con il DNA di E2A e di MyoD hanno sequenze amminoacidiche simili, ma non identiche, e riconoscono entrambi le sequenze E.

20 La specificità miogenica è dovuta alla capacità dei fattori di trascrizione di associarsi in combinazioni diverse a livello di siti differenti per il controllo della trascrizione La proteina E2A normale da sola non è in grado di avviare le cellule C3H 10T 1/2 verso la differenziazione, come MyoD. Una molecola E2A mutante, in cui 3 amminoacidi sono stati sostituiti con i residui amminoacidici presenti nelle corrispondenti posizioni di MyoD, è capace di convertire le cellule C3H 10T 1/2 in miotubi. Queste sostituzioni, due localizzate proprio nella regione basica che lega il DNA e una nella regione immediatamente adiacente, non influenzano la specificità con cui E2A lega il DNA. La specificità miogenica di MyoD dipende dalla capacità di interagire con altre proteine.

21 MEF (fattori( che si legano agli enhancer delle cellule muscolari) Specifici amminoacidi del dominio bhlh di tutti gli MRF possono conferire la specificità miogenica permettendo al complesso MRF-E2A di interagire in modo specifico con un altra famiglia di proteine che legano il DNA, i fattori che si legano agli enhancer delle cellule muscolari o MEF. I fattori MEF appartengono alla famiglia MADS di fattori di trascrizione

22 Gli MEF agiscono di concerto con gli MRF nella specificazione miogenica Muscle regulatory factors Muscle enhancer-binding factors

23 Gli MEF agiscono di concerto con gli MRF nella specificazione miogenica I MEF furono considerati canditati per l interazione con i MRF: a) molti geni specifici per le cellule muscolari contengono sequenze che vengono riconosciute dai domini MEF e MRF; b) I MEF aumentano la capacità dei MRF di convertire le cellule CH3 10T 1/2 in miotubi; c) Questo potenziamento richiede interazioni fisiche fra un omodimero MEF e l eterodimero MRF-E2A.

24 Un complesso MRF-E2A-MEF attiva la trascrizione dei geni muscolari Dal momento che sia gli MRF che i MEF sono in gado di legare il DNA indipendentemente è sufficiente un unico sito del DNA per garantire l assemblaggio del complesso MRF-E2A-MEF I MEF vengono espressi anche in altri tessuti oltre a quello muscolare

25 Sono state identificate le fasi della miogenesi durante le quali agiscono gli MRF e gli MEF Nei topi che non esprimono miogenina i mioblasti si accumulano nelle posizioni occupate dai muscoli scheletrici, ma non si differenziano in miotubi. Nei doppi mutanti myf5-myod i mioblasti non si accumulano.

26 Sono state identificate le fasi della miogenesi durante le quali agiscono gli MRF e gli MEF I risultati dei knockout sono coerenti con l osservazione che le cellule CH3 10T 1/2 trattate con Aza esprimono Myf5 e MyoD prima di fondersi, e miogenina solo dopo essersi fuse per formare un sincizio. Dati di espressione in vivo indicano che Mrf4 viene espressa successivamente nel corso dello sviluppo e potrebbe contribuire al mantenimento delle cellule muscolari nello stato differenziato.

27 Ruolo di E2A e dei fattori MEF nella miogenesi Nei topi con una mutazione che inattiva il gene E2A lo sviluppo dei muscoli è normale mentre quello dei linfociti è impedito E probabile che esistano geni affini a E2A che ne possano compensare la perdita Dal momento che il topo esprime molteplici proteine MEF, per determinare il ruolo delle MEF nella miogenesi è stata preferita la Drosophila cheesprimeunasolaproteinamef. Nei moscerini con mutazioni nel gene MEF non si formano cellule muscolari differenziate, anche se i mioblasti si formano normalmente.

28 MyoD e Myf5 sono necessarie per la determinazione dei mioblasti, la miogenina e gli MEF sono importanti per il differenziamento dei mioblasti in miotubi. Modello del controllo genico della miogenesi scheletrica di mammifero in vivo, basato su esperimenti di knockout di geni in topo e su mutazioni che provocano perdita di funzione in Drosophila

29 Le molteplici MRF presentano differenze funzionali La miogenina non può sostituire in vivo la Myf5 Recenti studi biochimici hanno dimostrato che la capacità di rimodellare la cromatina di Myf5 e di MyoD è molto maggiore di quella della miogenina.

30 Le molteplici MRF rendono flessibile la regolazione dello sviluppo In topi omozigoti per il knockout del gene miogenina e con una copia del gene miogenina integrata (knockin) nel locus myf5, cioè sotto il controllo delle sequenze regolatrici di myf5, il knockin non è in grado di restaurare un fenotipo wild type. La peculiare espressione del gene miogenina, conferita dalle sue specifiche sequenze regolatrici, è fondamentale per lo sviluppo normale. La duplicazione genica ha portato all evoluzione di geni che codificano MRF funzionalmente diverse e la cui espressione viene regolata da elementi di controllo della trascrizione differenti.

31 Il differenziamento terminale dei mioblasti è soggetto a controllo positivo e negativo Nell embrione in via di sviluppo, i mioblasti determinati, ancora indifferenziati, sono in grado di rispondere ai segnali extracellulari che controllano la moltiplicazione (numero di cellule da produrre) e la migrazione cellulare (esatta posizione dei muscoli) I miotubi, le cellule muscolari differenziate, non sono in grado di rispondere a tali segnali. La regolazione della transizione dallo stato determinato a quello differenziato permette l esatto controllo spaziale e temporale del differenziamento cellulare. Sono stati scoperti alcuni dei fattori che promuovono o inibiscono il differenziamento durante la miogenesi.

32 La proteina inibitrice Id (inhibitor of DNA binding) Nel tentativo di isolare geni simili a MyoD è stato identificato un gene che codifica per una proteina affine che conserva le eliche per la dimerizzazione, ma che è priva della regione basica che lega il DNA, e pertanto non è in grado di legare le E box La proteina Id (inhibitor of DNA binding) interagisce con MyoD e E2A e inibisce la formazione degli eterodimeri MyoD-E2A.

33 La proteina Id (inhibitor of DNA binding) interagisce con MyoD ed E2A ed inibisce la formazione degli eterodimeri MyoD-E2A. MyoD MyoD E2A E2A MyoD E2A E box E box E box MyoD Id E2A Id XE box XE box

34 La proteina inibitrice Id (inhibitor of DNA binding) La proteina Id (inhibitor of DNA binding) interagisce con MyoD e E2A ed inibisce la formazione degli eterodimeri MyoD-E2A. Gli azamioblasti in moltiplicazione esprimono MyoD, E2A e Id ed i promotori dei geni specifici per le cellule muscolari (es.: creatina chinasi) non sono occupati. Id può mantenere in questo modo le cellule nello stato determinato durante la loro moltiplicazione Se viene indotto il differenziamento terminale degli azamioblasti (per esempio rimuovendo i fattori di crescita) la concentrazione di Id diminuisce e i complessi MyoD-E2A possono formarsi e legarsi ai promotori bersaglio.

35 Le proteine per il ciclo cellulare e la regolazione del differenziamento In molte cellule l inizio del differenziamento è associato al blocco del ciclo cellulare, generalmente in G 1. Le proteine che regolano il ciclo cellulare potrebbero influenzare la transizione dallo stato determinato a quello differenziato? Alcuni inibitori dell attività di proteina chinasi dei complessi ciclina-cdk possono indurre il differenziamento di cellule in coltura. La sintesi di questi inibitori aumenta durante il differenziamento. Il differenziamento dei mioblasti in coltura può essere inibito trasfettando le cellule con il gene della ciclina D 1, tipica della fase G 1, sotto il controllo di un promotore costitutivo. L espressione della cilcina D 1 viene stimolata in molti tipi cellulari dai fattori mitogenici.

36 Una rete di interazioni reciprocamente regolatrici mantiene il programma miogenico Anche se il programma miogenico è indotto da segnali extracellulari temporanei, una rete di interazioni intracellulari mantiene il programma miogenico anche in assenza di questi segnali

37 Per la neurogenesi sono necessarie proteine regolatrici analoghe alle bhlh miogeniche Quattro proteine bhlh, molto simili alle proteine bhlh miogeniche, controllano la neurogenesi di Drosophila. achaete (ac) scute (sc) lethal of scute (l sc) asense (a) Le proteine Achaete e Scute contribuiscono alla determinazione dei precursoti dei neuroni, la proteina Asense è necessaria per il differenziamento. Le proteine di Drosophila Da, ed Emc, hanno struttura e funzione simili alle proteine dei mammiferi E2A ed Id, rispettivamente.

38 Confronto tra i geni che regolano la neurogenesi in Drosophila e quelli che regolano la miogenesi nei mammiferi

39 Neurogenesi nei vertebrati Una famiglia di proteine bhlh affini alle proteine Achaete e Scute è stata identificata nei vertebrati. Neurogenina nei vertebrati sembra agire nella determinazione dei precursori dei neuroni (funzione analoga a Achaete e Scute in Drosophila). Neurogenina, espressa precocemente durante lo sviluppo dei neuroni, potrebbe indurre NeuroD, un altra proteina bhlh che agisce in uno stadio successivo. NeuroD nei vertebrati avrebbe funzioni simili ad Asense in Drosophila.

40 La neurogenina agisce prima della NeuroD nella neurogenesi dei vertebrati (a) L mrna per la neurogenina viene espresso nei precursori neurali in moltiplicazione della lamina ventricolare del tubo neurale. L mrna per la NeuroD viene espresso nei neuroblasti in fase di migrazione che hanno abbandonato la zona ventricolare.

41 La neurogenina agisce prima della NeuroD nella neurogenesi dei vertebrati (b) L mrna per la neurogenina viene iniettato in una delle due cellule in un embrione precoce di Xenopus (inj) Le cellule vengono poi marcate con una sonda per l mrna della β-tubulina specifica per i neuroni (sinistra), o con una sonda per l mrna per la NeuroD (destra). Con = controllo non iniettato

42 Ruolo della neurogenina nella neurogenesi dei vertebrati Neitopivi sono2 geni neurogenina. Nei topi knockout per il gene neurogenina-1, nella regione della testa non si sviluppa il ganglio del trigemino. Altre regioni del sistema nervoso si sviluppano normalmente perchè probabilmente la neurogenesi in queste regioni è regolata da neurogenina-2 o altre proteine HLH. Nelle regioni del sitema nervoso centrale influenzate dalla perdita di neurogenina-1, lo sviluppo si arresta prima dell attivazione dell espressione di NeuroD (neurogenina-1 è necessaria per attivare NeuroD in queste regioni!)

43 I circuiti di regolazione mediati dalle bhlh possono agire nella specificazione di altri tipi di cellule La proteine bhlh chiamata SCL contribuisce alla determinazione delle cellule staminali ematopoietiche, che si differenziano per generare i molti tipi diversi di cellule del sangue. Le proteine bhlh sono molto conservate nell evoluzione. Esempi di proteine di questo tipo sono presenti in C. elegans e nello cnidaro Hydra vulgaris che dal punto di vista evoluzionistico si separò dagli artropodi circa 600 milioni di anni fa.

44 I meccanismi di regolazione responsabili della restrizione di particolari vie di sviluppo a specifiche cellule di un embrione sono complessi e non ancora completamente chiariti. Es.: Perchè specifiche cellule di un somite vengono selezionate per diventare mioblasti, mentre altre cellule sono destinate a diventare tessuti non muscolari? L esempio più conosciuto della restrizione di sviluppo di specifiche cellule si ha durante la formazione delle setole sensitive di Drosophila.

45 L espressione localizzata di specifici fattori trascrizionali prefigura la genesideipelisensorialididrosophila. Le Drosophile sono dotate sul loro corpo di molti peli, alcuni grandi ed altri piccoli. I peli sono organi di senso in miniatura, componenti del sistema nervoso periferico Ciascun pelo è formato da 4 cellule: la cellula della setola, che sporge dall epidermide, la cellula della cavità, in cui la setola si inserisce, un neurone, che trasmette l informazione, ed una cellula associata al neurone, detta di sostegno.

46 Struttura base di una setola meccanosensoriale Le 4 cellule della setola della Drosophila adulta derivano dall epitelio di un disco immaginale e tutte sono discendenti (nipoti o pronipoti) di un unica cellula madre sensoriale o anche SOP (sensory organ precursor, precursore dell organo sensoriale) che si distingue dalle future cellule epidermiche che le stanno vicine. Un quinto discendente migra lontano per diventare cellula gliale

47 Lo sviluppo delle setole sensoriali di Drosophila. I geni achaete e scute sono fondamentali per l inizio della formazione dei peli nell epitelio del disco immaginale, e sono espressi proprio nelle regioni dove si formeranno i peli. L espressione di achaete e scute è transitoria, e solo un piccolo numero di cellule che inizialmente esprimono questi geni si sviluppa in cellule madri sensoriali. Le altre diventano epidermide comune. La condizione definita dall espressione di achaete e scute viene detta proneurale e achaete e scute sono chiamati geni proneurali. Le cellule proneurali hanno le istruzioni per procedere nel differenziamento neurosensoriale, ma quello che faranno dipende dalle interazioni competitive che si realizzano tra loro

48 Cellule sensoriali madri In azzurro cellule madri sensoriali del disco immaginale dell ala, colorate grazie a un gene reporter lacz inserito nel genoma vicino ad una sequenza di regolazione che lo fa esprimere selettivamente nelle SOC. In viola cellule che esprimono Copyright il gene (c) by scute W. H. Freeman and Company

49 Lo sviluppo delle setole sensoriali di Drosophila. Le cellule proneurali che esprimono achaete e scute o entrambi i geni contemporaneamente, sono presenti in gruppi nell epitelio del disco immaginale. Un solo membro del gruppo diventa una cellula madre sensoriale La restrizione del programma neuronale ad una sola cellula è il risultato della riduzione nelle cellule circostanti dell attività e dell espressione delle proteine proneurali Achaete e Scute. Ciascuna cellula madre sensoriale verrà alla fine circondata da cellule che spengono l espressione dei geni proneurali e sono condannate a differenziare come epidermide.

50 Lo sviluppo delle setole sensoriali di Drosophila: il ruolo delle proteine HLH inibitrici. Per la progressiva restrizione della potenzialità neuronale sono necessarie proteine HLH inibitrici come la proteina Emc. La proteina Emc inibisce il legame di Achaete e Scute al DNA. Mutazioni nel gene emc portano alla formazione di molteplici peli sensoriali da un solo raggruppamento proneurale. L espressione di Emc è più bassa nella regione dei raggruppamenti proneurali da cui si originerà la SOC.

51 Per la progressiva restrizione della potenzialità neuronale sono necessarie sia proteine HLH inibitrici sia interazioni cellulari locali. La maggior parte delle cellule del disco immaginale esprime la Emc (rosa), mentre solo piccoli gruppi di cellule, i gruppi proneurali, esprimono le proteine bhlh proneurali (verde).

52 Lo sviluppo delle setole sensoriali di Drosophila: il ruolo delle interazioni cellulari locali. Interazioni cellulari a corto raggio circoscrivono ulteriormente la formazione delle SOP, inibendo l espressione di Achaete e/o Schute in tutte le cellule del raggruppamento proneurale, tranne una.

53 Un fenomeno di inibizione laterale regola l organizzazione fine dei tipi cellulari differenti. Una cellula che entra nella via di differenziazione della cellula madre sensoriale manda alle vicine un segnale che dice loro di non fare la stessa cosa: essa esercita la così detta inibizione laterale. Se ad una cellula che normalmente diventerebbe una cellula madre sensoriale viene geneticamente impedito di farlo, una cellula proneurale vicina, libera dall inibizione laterale, diventerà al suo posto cellula madre sensoriale.

54 Inibizione laterale. All inizio tutte le cellule sono equivalenti e ciascuna invia un segnale inibitore alle sue vicine. Le cellule che perdono la competizione, perdono la capacità di differenziarsi come cellule SOP, perdendo anche la capacità di inibire le cellule vicine.

55 I geni responsabili dell inibizione laterale I geni responsabili dell inibizione laterale sono stati identificati mediante studi su embrioni mutanti. Il gene Notch codifica per una proteina transmembrana che serve da recettore per l inibizione laterale. Le cellule mancanti di Notch seguono una via di differenziamento di tipo neurale. Il gene Delta, codifica un altra proteina transmembrana che sembra essere un ligando che si lega a Notch e lo attiva; l inibizione laterale sembra essere trasmessa attraverso contatti cellula cellula. A valle di Notch i prodotti di altri geni interpretano il segnale e sopprimono il differenziamento di tipo neuronale portando allo spegnimento dei geni proneurali.

56 L inibizione laterale è mediata dalla via di segnalazione di Notch In una piccola regione, una singola cellula - la futura cellula sensoriale madre - emerge come vincitrice dalla competizione mandando un forte segnale inibitore ai suoi vicini più prossimi senza ricevere un segnale dello stesso tipo.

57 Inattivazione del fenomeno dell inibizione laterale. Nel caso di mutazioni del gene Delta, la riduzione dell inibizione laterale fà sì che quasi tutte le cellule si sviluppino come cellule madri sensoriali creando un notevole eccesso di peli sensori

58 Le interazioni intercellulari che riducono l espressione dei geni proneurali sono fondamentali per la determinazione di un unica SOP in un raggruppamento proneurale L interazione della Delta con la Notch stimola una via intracellulare di tramissione del segnale che attiva il fattore di trascrizione Su(H) che a sua volta induce l espressione dei geni E(spl spl) che codificano proteine HLH che inibiscono l espressione dei geni proneurali tra cui ac. L espressione della Delta è promossa dalla Achaete

59 Il gene Notch e lo sviluppo dei peli sensoriali Lo stesso meccanismo di inibizione laterale dipendente da Notch opera due volte nella formazione dei peli: 1) per forzare le potenziali cellule madri sensoriali vicine a diventare cellule epidermiche; 2) per far sì che le quattro cellule discendenti dalla cellula madre sensoriale seguano vie diverse di differenziamento così da formare i quattro tipi cellulari differenti. La via che opera in assenza di Notch è la via neuronale.

60 Numb influenza l inibizione laterale durante lo sviluppo delle setole Nello sviluppo dei diversi tipi cellulari della setola sensoriale un ruolo chiave è svolto dalla proteina Numb In ciascuna delle divisioni della cellula sensoriale madre e della sua progenie,, la proteina Numb si localizza ad una estremità della cellula che si divide, così che è ereditata solo da una delle cellule figlie; Numb interagisce con Notch, bloccandone l attività. La cellula che contiene Numb è sorda ai segnali inibitori, mentre la sorella è sensibile. Poichè entrambe le cellule esprimono il ligando di Notch Delta, la cellula che eredita Numb procede sino a diventare neurone, spingendo la sorella verso un destino non neurale

61 La specificazione dell asse antero-posteriore durante l embriogenesi

62 Oltre a diversi tipi di cellule, gli organismi pluricellulari presentano notevoli differenze regionali nella loro organizzazione cellulare I tessuti delle mani e dei piedi sono composti, per esempio, dalle stesse cellule organizzate in modo diverso. Quali meccanismi determinano l organizzazione cellulare di parti diverse di un organismo? Quali meccanismi specificano che un estremità dell embrione diventerà la testa, mentre l altra la coda? In che modo vengono controllate le dimensioni e la posizione dei vari organi? Come viene definito, cioè, il piano corporeo?

63 Sviluppo della Drosophila dall uovo alla mosca adulta La Drosophila ha due forme vitali

64 I dischi immaginali Durante la fase iniziale dell embriogenesi, gruppi di cellule apparentemente non differenziate, chiamati dischi immaginali vengono separati dai tessuti circostanti e trasportati all interno della larva. Questi gruppi di cellule danno origine alle strutture epidermiche dell adulto (ali, zampe, etc.) Altri gruppi di cellule immaginali formeranno l addome e gli organi interni del moscerino (apparato digerente, muscolatura, sistema nervoso centrale)

65 19 dischi immaginali sono disposti come 9 paia su entrambi i lati della larva più 1 disco nel mezzo

66 Un oocita di Drosophila nel suo follicolo Una singola cellula germinale, che si divide 4 volte, genera 16 cellule. Una di queste cellule completa la meiosi, diventando un ovocita. Le altre 15 cellule diventano cellule nutrici che sintetizzano proteine e RNA che vengono trasportati nell ovocita attraverso ponti citoplasmatici Ogni gruppo di 16 cellule è circondato Copyright (c) by da W. H. un Freeman singolo and Company strato di cellule follicolari che formano l involucro dell uovo.

67 Struttura di un ovocita di Drosophila in tre stadi della sua maturazione

68 L informazione per il piano corporeo viene generata durante l ovogenesi e le prime fasi dell embriogenesi L embriogenesi viene attivata dalla fecondazione La polarità dell embrione precoce è già esistene nell ovocita maturo, le cui estremità anteriore e posteriore sono diverse Alcuni degli mrna prodotti dalle cellule nutrici si localizzano in domini spaziali dell ovocita. Le prime 13 divisioni nucleari dell uovo fecondato sono sincrone e rapide, e non essendo accompagnate dalla divisione cellulare, danno origine ad un sincizio. I nuclei migrano verso la membrana plasmatica dell embrione e danno vita al così detto blastoderma sinciziale. Attorno ai nuclei si formano quindi le membrane plasmatiche e si genera un blastoderma cellulare.

69 Sviluppo dell uovo di Drosophila dalla sua fecondazione allo stadio di blastoderma cellulare = actina = cromosomi Sezione ottica di nuclei di blastoderma che subiscono mitosi alla transizione fra lo stadio di blastoderma sinciziale e quello di blastoderma cellulare

70 Formazione della blastula durante la fase iniziale dell embriogenesi in Drosophila.

71 Metodi per lo studio dell espressione genica nelle fasi precoci dello sviluppo di Drosophila I prodotti genici possono essere resi visibili al microscopio mediante l ibridazione in situ (a) e la colorazione con anticorpi (b). L espressione genica negli embrioni di moscerino può anche essere studiata usando in animali transgenici un costrutto con un gene reporter, come il gene LacZ di E. coli che codifica la β- galattosidasi, fuso ad una sequenza regolativa di interesse.

72 In Drosophila, gli eventi precoci che determinano l organizzazione corporea si verificano prima della formazione della blastula, cioè prima della cellularizzazione dell embrione. La regolazione dell organizzazione spaziale dell embrione avviene grazie alla diffusione di proteine, prevalentemente fattori trascrizionali, nel sincizio in via di sviluppo. Fino allo stato di blastoderma cellulare, lo sviluppo della Drosophila dipende in gran parte da scorte di mrna e di proteine materne che si sono accumulate nell uovo prima della fecondazione Questa strategia è molto diversa da quella attuata da altri organismi, compresi i mammiferi.

73 I morfogeni regolano lo sviluppo in funzione della loro concentrazione Morfogeno = sostanza che specifica l identità cellulare in funzione della sua concentrazione. Il gradiente continuo di concentrazione di un morfogeno può stimolare una serie di risposte cellulari tipiche in corrispondenza di un numero finito di concentrazioni soglia: al di sopra di una determinata concentrazione soglia viene prodotta una risposta, al di sotto le cellule rispondono in modo diverso. I morfogeni che controllano lo sviluppo lungo l asse antero-posteriore dell embrione di Drosophila sono fattori trascrizionali che diffondono nel citoplasma comune del blastoderma sinciziale.

74 Componenti localizzate ad una estremità dell uovo di Drosophila controllano la sua polarità anteroposteriore L embrione non svilupperà i segmenti della testa X

75 I geni materni importanti per lo sviluppo della Drosophila. Lo studio delle mutazioni che influenzano le prime fasi dello sviluppo di Drosophila, ha portato all identificazione di quattro gruppi di geni materni che controllano l organizzazione corporea precoce dell embrione di moscerino: I geni del gruppo anteriore regione cefalica e toracica I geni del gruppo posteriore segmenti addominali I geni del gruppo terminale regione più rostrale e quella più caudale I geni del gruppo dorsoventrale regioni lungo l asse dorsoventrale. I geni materni vengono trascritti nelle cellule nutrici durante l ovogenesi ed i corrispondenti mrna vengono trasportati nell ovocita. Nell embrione precoce di Drosophila, i gradienti di concentrazione di fattori di trascrizione prodotti da mrna materni controllano la trascrizione di geni zigotici in domini spaziali circoscritti. I prodotti di questi geni zigotici, controllano la trascrizione di altri geni zigotici definendo ulteriormente gli specifici domini spaziali dell attività genica dell embrione

76 I domini dei sistemi anteriore, posteriore e terminale dei geni della polarità dell uovo I diagrammi mostrano i destini delle diverse regioni dell uovo/embrione precoce e in bianco indicano le parti che non si sviluppano se il sistema anteriore, posteriore o terminale è difettoso

77 La conformazioni delle strutture esterne (cuticolari) dell embrione di Drosophila è riproducibile e funge da indicatore dell identità regionale. Anteriore Ventrale wt bicoid (gruppo anteriore) oskar (gruppo posteriore)

78 L eredità di mutazioni dei geni della polarità dell uovo Tutti i geni della polarità dell uovo delle classi anteriore, posteriore, terminale e dorsoventrale sono geni ad effetto materno: è il genoma della madre, non il genoma dello zigote che è decisivo. Una mosca i cui cromosomi sono mutati in entrambe le copie del gene bicoid, ma che nasce da una madre che porta una copia normale di bicoid si sviluppa in modo normale. Se la mosca figlia è femmina, le sue uova si svilupperanno in embrioni senza testa, indipendentemente dal genotipo del padre. L uso dei geni della polarità dell uovo è tipica solo della Drosophila e di insetti collegati.

79 Il gene materno bicoid specifica la regione anteriore di Drosophila Il primo morfogeno descritto a livello molecolare è stata la proteina codificata dal locus bicoid di Drosophila. L mrna bicoid viene sintetizzato nelle cellule nutrici durante l ovogenesi e poi, trasportato nell ovocita, è localizzato nella regione più rostrale, o polo anteriore, dell embrione. La localizzazione anteriore dell mrna bicoid dipende dalla sua estremità non tradotta 3 e dai prodotti di altri geni materni La proteina Bicoid diffonde quindi allontanandosi dall estremità anteriore attraverso il citoplasma e stabilisce un gradiente di concentrazione lungo l asse antero-posteriore. L espressione del gene bicoid è transiente

80 Il gene bicoid codifica un fattore trascrizionale la cui regione di legame al DNA è un omeodominio.

81 Il gradiente della concentrazione della proteina Bicoid nell uovo di Drosophila ha effetti sull organizzazione dei segmenti In assenza di bicoid, i segmenti dotati di una caratteristica anteriore non si formano; aumentando il dosaggio di bicoid, i segmenti si formano in posizione progressivamente più lontana dall estremità anteriore dell uovo; Il gradiente viene messo in evidenza colorando l embrione con un anticorpo contro Bicoid; L organizzazione segmentale colorando con anticorpi contro il prodotto del gene even-skipped, un gene pair-rule La posizione dei segmenti anteriori è determinata dalla concentrazione locale di Bicoid

82 La proteina Bicoid regola direttamente la trascrizione di hunchback Il gradiente di concentrazione della proteina Bicoid definisce la regione in cui viene espressa la proteina Hunchback. La proteina Bicoid regola direttamente la trascrizione di hunchback. Dati sperimentali: 1) la distribuzione spaziale della proteina Hunchback corrisponde al gradiente di concentrazione della proteina Bicoid (a-c). 2) Studi di regolazione dell espressione genica (d, e). Il promotore wt di hunchback contiene 3 siti ad alta affinità e 3 siti a bassa affinità per Bicoid.

83 La proteina Bicoid regola direttamente la trascrizione di hunchback Conclusioni: Le variazioni dei livelli dei fattori trascrizionali e il numero e/o l affinità delle specifiche sequenze regolatrici che controllano differenti geni bersaglio, conribuiscono a produrre configurazioni diverse dell espressione genica durante lo sviluppo.

84 Inibitori della traduzione di origine materna contribuiscono alla determinazione precoce dell organizzazione corporea di Drosophila. Due fonti dell mrna di hunchback (hb) - l mrna derivato dalla trascrizione zigotica di hunchback, controllata dalla proteina Bicoid e pertanto localizzata nella parte anteriore; - l mrna hunchback di origine materna, distribuito in modo uniforme nell embrione. Anche se l mrna di hunchback è presente in tutto l embrione, la proteina Hunchback non viene espressa nella regione posteriore. L esclusione della proteina Hunchback dalla parte posteriore dell embrione dipende da un gene materno della polarità dell uovo del gruppo posteriore, detto nanos.

85 Il gene materno nanos L mrna materno nanos, localizzato nel polo posteriore, codifica un morfogeno che agisce inibendo la traduzione dell mrna materno di hunchback. Altri geni materni del gruppo posteriore (es.: oskar) sono necessari per la localizzazione dell mrna nanos nel polo posteriore.

86 Nanos regola la traduzione di Hunchback Nanos agisce in associazione con la proteina Pumilio, anch essa codificata da un gene materno del gruppo posteriore, inibendo la traduzione dell mrna hunchback. L inibizione dipende da sequenze specifiche della regione 3 UTR dell mrna hunchback (NRE, Nanos responsive element). Nanos induce la deadenilazione dell mrna hunchback e in tal modo riduce la sua traduzione.

87 Nanos contribuisce a stabilire il gradiente di Hunchback La proteina Hunchback di origine materna, grazie all azione combinata di Nanos e Pumilio, viene espressa secondo un gradiente che va nella stessa direzione (antero-posteriore) di quello della proteina Hb prodotta dalla trascrizione zigotica del gene hb regolata da Bicoid.

88 Inibitori della traduzione di origine materna contribuiscono alla determinazione precoce dell organizzazione corporea di Drosophila. Bicoid agisce anche nella regolazione di un altro gene per l organizzazione corporea precoce di Drosophila, il gene materno per l organizzazione della regione posteriore dell embrione caudal. L mrna materno caudal, come l mrna materno hunchback, è uniformemente distribuito nell embrione precoce. Bicoid si lega, con il suo omeodominio, ad una sequenza specifica nella regione 3 UTR dell mrna caudal e ne inibisce la traduzione.

89 I geni gap. La proteina Bicoid di origine materna attiva l espressione dei geni zigotici gap (es. hunchback) nella regione anteriore, mentre sia la Bicoid che la Caudal controllano l espressione dei geni gap in regioni più caudali. I geni gap (hunchback, Krüpple, knirps e giant) vengono espressi in domini spaziali specifici nel corso delle prime 2 ore dopo la fecondazione e prima della cellularizzazione, determinando le divisioni più grossolane dell embrione.

90 I geni gap. Mutazioni in un gene gap provocano ampie lacune (gap) nella strutturazione anteroposteriore dell embrione.

91 L espressione differenziale dei vari geni gap suddivide ulteriormente l embrione di Drosophila in domini spaziali specifici. I confini dei domini di espressione delle proteine Krüpple, Knirps e Giant riflettono il bilancio tra attivazione e repressione della trascrizione da parte delle proteine Bicoid, Caudal e Hunchback, il prodotto dei geni gap epresso per primo durante lo sviluppo.

92 L espressione del gene Krüpple. Concentrazioni elevate di Hunchback inibiscono la trascrizione di Krüpple mentre al disotto di una concentrazione critica la Hunchback attiva la trascrizionbe di Krüpple. Questa soglia stabilisce il confine anteriore dell espressione di Krüppel. Posteriormente la concentrazione di Hunchback scende al di sotto della soglia per l attivazione di Krüpple.

93 L espressione dei geni gap knirps e giant Le proteine Knirps e Giant sono localizzate in 2 domini. L espressione nei domini anteriori èattivatadabicoid, mentre nei domini posteriori è attivata dall azione congiunta di Bicoid e Caudal. I confini anteriori dei domini posteriori vengono stabiliti dall inibizione della trascrizione da parte di Hunchback.

94 L espressione di tre gruppi di geni zigotici completa l organizzazione corporea precoce di Drosophila. I geni materni dei gruppi anteriore e posteriore ed i geni gap suddividono l embrione in diversi domini di espressione, ciascuno caratterizzato da combinazioni diverse di fattori trascrizionali. Questi fattori, presenti in concentrazioni ed in combinazioni diverse, suddividono ulteriormente l embrione in specifici domini attivando la trascrizione dei geni zigotici: Pair-rule Segment-polarity (della polarità dei segmenti) Selector

95 L espressione di tre gruppi di geni zigotici completa l organizzazione corporea precoce di Drosophila. I geni pair-rule e segment polarity, analogamente ai geni materni e ai geni gap, vengono espressi temporaneamente e la loro funzione è quella di determinare i domini spaziali in cui vengono espressi i geni selector. I geni selector vengono espressi ininterrottamente dall embrione fino all adulto e sono necessari per specificare e mantenere l identità regionale lungo l asse antero-posteriore.

96 Relazione tra i segmenti del moscerino adulto e i parasegmenti, che sono le unità di sviluppo corrispondenti ai domini di attività dei geni selector. Segmenti Parasegmenti Il margine anteriore di ciascun parasegmento, che corrisponde al compartimento posteriore di ciascun segmento, è deterimato da cellule che esprimono il gene segment polarity, engrailed.

97 I geni pair-rule I geni pair-rule (fushi tarazu, hairy ed even-skipped) codificano fattori trascrizionali che vengono espressi in bande di cellule corrispondenti a parasegmenti, localizzate nella parte centrale dell embrione. Ciascuno dei geni pair-rule viene espresso in sette parasegmenti, che possono essere quelli pari o quelli dispari. Mutazioni in questi geni provocano una serie di delezioni che riguardano segmenti alternati, lasciando l embrione con la metà dei segmenti rispetto al normale. WT mut

98 L espressione del gene even skipped Le sequenze regolatrici del gene eve sono disegnate per leggere la concentrazione di proteine regolatrici in ciascuna posizione lungo l embrione e ad interpretare questa informazione in modo da far esprimere il gene in 7 strisce lungo l asse antero-posteriore dell embrione.

99 Oraganizzazione modulare del DNA regolatore del gene eve Le singole strisce di espressione di eve dipendono da moduli regolatori separati nel DNA regolatore di eve. La maggior parte dei geni di segmentazione ha anche funzioni importanti in altri momenti e luoghi durante lo sviluppo della Drosophila. Il gene eve è espresso in sottoclassi di neuroni in precursori delle cellule muscolari e in vari altri siti, sotto il controllo di enhancer addizionali

100 L espressione del gene even skipped La regione regolatrice di eve è molto grande ed è formata da una serie di moduli regolatori ciascuno dei quali è responsabile della specificazione di una particolare striscia di espressione di eve lungo l embrione. Ciascun modulo regolatore può essere isolato.

101 Modulo regolatore della striscia 2 di eve. Il modulo regolatore della striscia 2 di eve contiene sequenze di riconoscimento per due attivatori trascrizionali (Bicoid e Hunchback) e due inibitori trascrizionali (Krüpple e Giant)

102 Distribuzione delle proteine regolatrici che assicurano l espressione di eve nella striscia 2. Le concentrazioni relative dei 4 fattori trascrizionali determinano la formazione o meno di complessi proteici sul modulo della striscia 2 che accendono la trascrizione di eve. L espressione di eve nella striscia 2 avviene soltanto nella posizione in cui sono presenti i due attivatori (Bicoid e Hunchback) e sono assenti i due repressori (Krüpple e Giant).

103 Espressione di Even-skipped (Eve) della striscia 2 nell embrione di Drosophila.

104 I geni segment-polarity Ogni parasegmento viene ulteriormente suddiviso mediante l azione dei geni segment-polarity (es. Wingless ed engrailed). La cellularizzazione dell embrione è stata completata. I geni segment-polarity codificano proteine di secrezione che trasmettono alle cellule vicine segnali concernenti gli eventi dello sviluppo I geni segment-polarity sono responsabili dell organizzazione spaziale delle cellule nell ambito di ciascun segmento Mutazioni in questi geni producono larve con un numero normale di segmenti ma con una parte di ciascun segmento deleta e sostituita da un duplicato speculare di tutto o di una parte del resto del segmento

105 Espressione del gene segment polarity engrailed Segmenti Parasegmenti Il margine anteriore di ciascun parasegmento, che corrisponde al compartimento posteriore di ciascun segmento, è deterimato da cellule che esprimono il gene segment polarity, engrailed.

106 I geni selector I successivi geni che devono essere trascritti nella gerarchia di regolazione che controlla la regionalizzazone dell embrione di Drosophila sono i geni selector. I prodotti dei geni selector regolano lo sviluppo dei domini parasegmentali L espressione dei geni selector viene determinato nell embrione precoce e mantenuto nel moscerino adulto. L espressione continua è necessaria per determinare le strutture delle varie parti del corpo lungo l asse antero-posteriore. Mutazioni dei geni selector spesso causano omeosi, cioè la trasformazione di una parte del corpo in un altra.

107 Gerarchia regolatrice dei geni della polarità dell uovo, gap, di segmentazione e selettori omeotici

108 Mutazioni dei geni selector spesso causano omeosi (Antennapedia) L espressione non appropiata del gene Antennapedia (Antp), che normalmente dirige lo sviluppo del quarto parasegmento, nell abbozzo di un antenna ha come risultato il suo sviluppo in zampa anziché in antenna

109 Antennapedia WT Antennapedia

110 Mutazioni dei geni selector spesso causano omeosi (Ultrabitorax) La perdita di Ubx, che dirige il normale sviluppo del sesto parasegmento, porta allo sviluppo di una coppia di ali al posto dei bilancieri, o altere.

111 Schema dell espressione di vari geni durante lo sviluppo precoce dell embrione di Drosophila e localizzazione dei loro prodotti genici Geni gap cellularizzazione Geni pair.-rule Geni Segment-polarity Geni selector I prodotti dei geni gap determinano prevalentemente i domini di espressione dei g e n i s e l e c t o r.

112 Schema dell espressione di vari geni durante lo sviluppo precoce dell embrione di Drosophila e localizzazione dei loro prodotti genici Al momento della cellularizzazione ogni parasegmento è formato da 4 strisce di cellule. In ciascun parasegmento ogni striscia di cellule è caratterizzata dall espressione di un insieme peculiare di geni pair-rule e segment-polarity. Queste configurazioni dell espressione fungono da indicatori della posizione e distinguono ogni striscia di cellule di un parasegmento. Le proteine dei geni selector specificano l organizzazione delle strutture larvali e adulte nel contesto dell identità posizionale delle cellule di ciascun parasegmento.

113 I geni selector (Hox) I geni selector agiscono nella specificazione lungo l asse anteroposteriore delle strutture epidermiche (la superficie esterna), della muscolatura, del tessuto nervoso e dell apparato digerente. Il ruolo dei geni selector nella regolazione dello sviluppo dell epidermide è conosciuto meglio. Due raggruppamenti di geni selector svolgono un ruolo centrale nel controllo della regionalizzazione delle strutture esterne lungo l asse antero-posteriore di Drosophila: Il complesso bithorax (BX-C) Il complesso antennapedia (ANT-C)

114 Il complesso bithorax ed il complesso antennapedia Il complesso bithorax (BX-C) è costituito da 3 geni, Ultrabitorax (Ubx), abdominala (abda) ed AbdominalB (AbdB), che controllano lo sviluppo dei parasegmenti Il complesso antennapedia (ANT-C) è costituito da 5 geni, labial (lab), proboscipedia (pb), Deformed (Dfd), Sex combs reduced (Scr) ed Antennapedia (Antp), che controllano lo sviluppo dei parasegmenti 0-5. Entrambi i raggruppamenti genici si trovano sul cromosoma III; L ordine lineare dei geni dei due complessi corrisponde all ordine con cui vengono espressi lungo l asse del corpo. Lo sviluppo del cervello sia nel moscerino che nei mammiferi è controllato da un altra serie di geni omologhi ai geni selector.

115 I geni selector (Hox) sono disposti nel genoma in raggruppamenti. Il complesso bithorax (BX-C) controlla lo sviluppo dei parasegmenti 5-14

116 Contributo dei geni BX-C alla determinazione dell identità dei parasegmenti (mutazioni che provocano perdita della funzione) Le caratteristiche della cuticola della larva sono utilizzate per attribuire un identità a ciascun parasegmento. La delezione dell intero BX-C causa la trasformazione dei parasegmenti 5-13 nel parasegmento 4. Il BX-C reprime l identità del parasegmento 4 e permette la specificazione dei parasegmenti più posteriori I geni BX-C devono essere espressi lungo l asse del corpo secondo la sequenza Ubx, abda e AbdB, che corrisponde all ordine con cui sono disposti nel genoma

117 Mutazioni che provocano incremento della funzione dei geni BX-C I ricercatori hanno studiato anche l effetto di mutazioni che causano incremento di funzione dei geni BX-C. In embrioni transgenici che esprimono il gene Ubx in modo uniforme lungo l asse antero-posteriore (sotto il controllo di un promotore di un gene per lo shock termico) invece che nei soli parasegmenti 5 e 6, i parasegmenti 6-14 si formano normalmente, mentre i parasegmenti 1-5 si trasformano nel parasegmento 6. Trasformazione della morfologia in senso anteriore posteriore Durante il normale sviluppo l identità dei parasegmenti anteriori (1-5) è determinata dal locus ANT-C.

118 Contributo dei geni BX-C alla determinazione dell identità dei parasegmenti I geni selector espressi più posteriormente inibiscono l azione dei geni espressi in regioni più anteriori. Espressione ectopica di un gene Hox in una regione più anteriore rispetto al suo dominio di espressione provoca una trasformazione anteriore posteriore. Benchè sia chiaro che i geni del locus BX-C ed altri geni Hox controllino la specificazione dei tessuti lungo l asse anteroposteriore, i meccanismi che mediano tali effetti sono scarsamente conosciuti. I geni Hox vengono trascritti dopo la cellularizzazione quando la comunicazione intercellulare deve essere coinvolta nella determinazione del piano corporeo.

119 La specificità della funzione delle proteine Hox di Drosophila è mediata dalla proteina Exd. E molto probabile che, come i fattori di trascrizione espressi all inizio dell embriogenesi, anche i geni dei loci BX-C e ANT-C controllino lo sviluppo regolando l espressione di gruppi diversi di geni bersaglio. Le differenti proteine Hox, tuttavia, si legano con alta affinità alla stessa sequenza di DNA. La capacità delle proteine Hox di controllare l espressione di geni diversi dipende dal prodotto del gene extradentical (exd) Negli embrioni di Drosophila mutanti per exd i geni Hox si esprimono normalmente ma le strutture da essi controllate non si sviluppano normalmente

120 La specificità della funzione delle proteine Hox di Drosophila è mediata dalla proteina Exd. La proteina omeodominio Exd si associa a proteine Hox diverse, formando eterodimeri che presentano differenti specificità di legame. (Deformed) La proteina Exd potrebbe contribuire anche alla specificità di funzione delle proteine Hox convertendo quelle ad essa legate da repressori in attivatori (Labial)

121 L espressione dei geni Hox viene mantenuta mediante autoregolazione. Molte proteine espresse nel periodo iniziale dell embriogenesi che sono necessarie per il corretto sviluppo e per stabilire le regioni specifiche dell espressione dei geni Hox, vengono sintetizzate solo temporaneamente durante l embriogenesi. Una volta attivati, invece, i geni Hox devono continuare ad essere trascritti durante tutto lo sviluppo ed anche nella vita adulta. Le regioni di controllo della trascrizione dei geni Hox contengono siti di legame per le proteine da essi codificate. Le proteine Hox mantengono la propria espressione attraverso un ciclo di autoregolazione.

122 La configurazione dell espressione della β-galattosidasi negli embrioni transgenici riproduce quella di Lab e di Dfd Sito GC specifico per Labial Sito TA specifico per Deformed

123 Cambi nella struttura della cromatina anche influenzano l espressione dei geni Hox Per mantenere la normale espressione dei geni Hox sono anche necessarie proteine che modulano la struttura della cromatina: le proteine Polycomb che sono necessarie per mantenere silenti quei geni selector omeotici che non devono essere espressi; le proteine Trithorax che sono necessarie per mantenere attiva l espressione di molti geni omeotici.

124 Per vedere questa immagine occorre QuickTime e un decompressore Animation.

125 I geni Hox nei mammiferi I geni dei loci ANT-C e BX-C di Drosophila contengono una regione omologa, la sequenza omeobox, che codifica il motivo omeodominio che lega il DNA. Utilizzando come sonde di DNA le regioni dei geni di Drosophila che contenevano l omeobox, sono stati isolati i geni di mammifero omologhi ai geni selector. Studi di knockout hanno dimostrato che anche i geni di mammifero svolgono un ruolo importante nella regolazione dello sviluppo di specifiche regioni lungo l asse antero-posteriore

126 I geni dei mammiferi omologhi dei geni dei loci ANT-C and BX-C di Drosophila sono disposti in quattro complessi Hox. I geni omologhi situati in raggruppamenti diversi di geni Hox sono definiti paraloghi

127 Domini di espressione dei geni Hox negli embrioni di Drosophila e di topo L ordine secondo cui i geni sono disposti nel genoma è colineare con l ordine secondo cui vengono espressi lungo Copyright l asse (c) by W. antero-posteriore H. Freeman and Company dell organismo

128 I geni Hox dei vertebrati I meccanismi attraverso cui vengono stabilite le configurazioni dell espressione di geni Hox dei vertebrati sono in gran parte sconosciuti. E molto probabile che questi meccanismi siano diversi da quelli di Drosophila dal momento che gli embrioni dei vertebrati sono cellularizzati e non esistono sotto forma di sincizio. Esistono nei mammiferi i geni omologhi del gene exd (nei mammiferi Pbx) e dei geni dei gruppi polycomb e trithorax. I meccanismi per il controllo della specificità di legame al DNA delle proteine Hox e per il mantenimento della loro espressione potrebbero essere simili nella Drosophila e negli organismi superiori. Anche il meccanismo attraverso cui questi geni coordinano la determinazione del destino delle cellule controllando l espressione di geni specifici è in gran parte sconosciuto