Genes homeóticos y su papel dentro de la determinación sexual

metazoarios en una forma altamente coordinada desde hace más de 500 millones de años. Codifican para un grupo de factores de transcripción evolutivamente conservados que son responsables de regular la morfogénesis y de conferir la identidad axial para el desarrollo del embrión y se sabe que su expresión continúa prácticamente en todos los tejidos y órganos a lo largo de la vida de los organismos (Lappin et al., 2006).

Los genes homeóticos fueron descubiertos en 1978 por el Dr. Edward B. Lewis en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Estos genes fueron identificados por su habilidad de producir transformaciones homeóticas (la conversión de una estructura en otra) (Lappin et al., 2006). Por ejemplo, una mutación en el gen Antennapedia en Drosophila produce una transformación homeótica en que las antenas se transforman en patas.

Drosophila melanogaster posee ocho genes homeóticos agrupados en una misma región en su genoma, a los cuales se les conoce colectivamente como complejo homeótico (HOM-C). Con base al grado de similitud, en vertebrados se han encontrado 13 grupos parálogos, organizados, en el caso de mamíferos, en cuatro clusters (HoxA, HoxB, HoxC, y HoxD), los cuales se encuentran localizados en cuatro cromosomas distintos (Fig. 4) (Kessel & Gruss, 1990; Daftary & Taylor, 2006; Lappin et al., 2006).

La localización de los genes homeóticos en el cromosoma es el mismo que en el eje antero-posterior. Es decir, los genes 3’ se expresan en estructuras más anteriores y más temprano en el desarrollo; mientras que los genes 5’ lo hacen en estructuras posteriores y más tarde en el desarrollo (Fig. 4). A este patrón de expresión se le denomina colinearidad y es probable que este arreglo sea el que dirige su expresión específica tanto espacial como temporal, lo que permite a los genes Hox determinar la identidad de cada segmento corporal en el embrión (Kessel & Gruss, 1990; Daftary & Taylor, 2006). De esta manera los genes Hox actúan como selectores en donde su expresión en un

determinado segmento del cuerpo determina un patrón de desarrollo específico sobre otro. La identidad de un segmento en particular se determina por la combinación de los genes Hox expresados. Esta combinación específica de expresión es lo que se conoce como código Hox y es la base genética que determina el fenotipo de un tejido en formación (Daftary & Taylor, 2006).

Figura 4. Cluster HOM-C en Drosophila en comparación con los 4 clusters de genes

Hox en mamíferos (Tomado de Lappin et al., 2006 con algunas modificaciones). Los cuatro clusters en mamíferos son conservados en relación al cluster HOM-C de Drosophila tanto en secuencia como en su expresión colinear.

Cuando un gen Hox muta, el segmento del cuerpo donde normalmente se expresa, adquiere características del segmento inmediato anterior o posterior, lo que se conoce como transformación homeótica. En contraste con Drosophila, donde la mutación de un sólo gen Hox resulta en una transformación fenotípica dramática, en vertebrados, una mutación en un gen Hox generalmente resulta en una transformación sutil. Esto es porque en comparación con los ocho genes que componen el único cluster HOM-C en Drosophila, los 39 genes homeóticos en mamíferos confieren duplicación genética, es decir, la pérdida de función de un sólo gen mutado puede ser compensada por alguno de los genes parálogos. Esta redundancia funcional también ocurre con los genes que están adyacentes uno del otro en el mismo cluster, y por lo tanto tienen dominios de expresión traslapados que pueden compensar sus funciones (Favier & Dolle, 1997).

Los genes homeóticos codifican factores de transcripción y su dominio de unión al DNA se denomina homeodominio. La secuencia de DNA que codifica el homeodominio se llama homeobox y contiene 183 nucleótidos que codifican para un homeodominio de 61 aminoácidos (Scott, 1992; Daftary & Taylor, 2006). El homeodominio consiste en hélice I (residuos 10-21), un rizo (loop) (residuos 22-27), hélice II (residuos 28-38), una vuelta (turn) (residuos 39-41), hélice III (residuos 42-52) y hélice IV (residuos 53-59) que se considera una continuación de la hélice III; por estas características, el homeodominio es del tipo “helix-loop-helix-turn-helix”, la hélice III/IV es la que reconoce y hace contacto con el surco mayor del DNA y la secuencia que reconoce es ATTA (TAAT) (Gehring et al., 1994). Debido a que los genes Hox codifican factores de transcripción, su unión a genes blanco promueve o reprime la expresión de éstos, desempeñando funciones esenciales en la proliferación, diferenciación, migración y muerte celular; de esta manera actúan como reguladores de la morfogénesis en el embrión en desarrollo (Taylor et al., 1998, 1999). Adicionalmente, en el adulto muchos tejidos y órganos conservan cierta plasticidad para lo que requieren a su vez una continua proliferación, diferenciación y degeneración de varios tipos celulares. Los genes Hox se expresan en estos tejidos, regulando las funciones celulares necesarias para su función óptima (Daftary & Taylor, 2006).

Con respecto al papel de los genes Hox en la determinación de sexo, la información es prácticamente nula, sin embargo son genes muy interesantes ya que, como se mencionó

anteriormente, se expresan en etapas tempranas de desarrollo y regulan procesos de diferenciación, proliferación, migración y muerte celular, además son responsivos a la acción de hormonas esteroides (Taylor et al., 1998 y 1999; García-Gasca & Spyropoulos, 2000) y a factores exógenos (como temperatura o hipoxia, ver Dournon et al., 1998; Golpon et al., 2001). Por ejemplo, la expresión de HoxC6 en glándula mamaria de ratón es regulada negativamente por el receptor de estrógeno, de manera que los niveles de expresión de este gen incrementan de manera significativa en hembras ovarectomizadas (García-Gasca & Spyropoulos, 2000); por su parte, Dournon y colaboradores (1998) sugieren que las anormalidades provocadas por cambios de temperatura en el desarrollo de las extremidades de la salamandra pueden ser provocadas por una expresión aberrante de genes Hox, debido a su importancia para el desarrollo de las mismas.

Se sabe que los genes Hox participan en el proceso de diferenciación sexual en humanos, ya que mutaciones en la región que codifica para el homeobox en los genes HOXA13 y HOXD13, se han asociado con el síndrome mano-pie-genital que es una enfermedad hereditaria dominante. Los varones presentan hipospadias (alteración congénita del pene en el cual el orificio uretral se encuentra situado en la parte ventral del mismo) y las hembras presentan defectos en la pared del útero, al igual que malformaciones uretrales. Otra característica que se presenta es que los pulgares y el dedo gordo del pie están acortados y fusionados (Wilhelm & Koopman, 2006).

De acuerdo a Taylor (2000), el patrón de expresión de genes HoxA 5’ en el tracto reproductor de mamíferos es colinear participando en la diferenciación del ducto paramesonéfrico, es decir, el gen HoxA9 se expresa en células que se convertirán en trompas de falopio, HoxA10 en células que darán lugar al útero, HoxA11 se expresa en el primordio del cérvix y por último el gen HoxA13 se expresa en células que darán origen a la vagina (Fig. 5). Por otro lado, ratones nulos a HoxA10 y HoxA11 muestran transformaciones homeóticas en el epidídimo y son estériles (Hsieh-Li et al., 1995; Benson et al., 1996).

También se han estudiado los genes del cluster HoxD y se ha observado su expresión en el tracto reproductor en desarrollo, por ejemplo HoxD9 y HoxD10 se expresan en el

primordio gonadal, sugiriendo una posible contribución a la especificación de la identidad de las células y tejidos que formaran parte de la gónada, además la expresión de estos genes persiste a lo largo del desarrollo gonadal hasta la diferenciación sexual (Dollé and Duboule, 1989; Dollé et al., 1991; Warot et al., 1997). Aparte de la función esencial de los genes Hox durante la embriogénesis, se ha demostrado que en el tracto reproductor de hembras adultas la expresión de HoxA10 y HoxA11 está involucrada en el desarrollo del endometrio así como en la receptividad del embrión en respuesta a hormonas esteroideas (Taylor et al., 1998, 1999; Taylor, 2000).

Figura 5. Patrón de expresión colinear en el tracto reproductor de mamíferos (Tomada

de Daftary & Taylor, 2006).

De esta manera, para determinar si los genes Hox, al ser reguladores maestros de diferenciación, migración, proliferación y muerte celular durante el desarrollo embrionario, puedan tener algún papel en la determinación de sexo por temperatura, se obtuvo la secuencia parcial de dos de los genes Hox5´ y se establecieron los patrones de

expresión tanto cuantitativo como espaciales en el tracto reproductor de embriones de tortuga golfina, L. olivacea incubados tanto a temperatura promotora de hembra como de macho y de esta manera poder elucidar su función con base a sus patrones espacio- temporales de expresión y/o de la dosis génica presente en cada caso. Es importante mencionar que se consideraron sólo genes Hox5’ con base a sus dominios de expresión colinear en el eje antero-posterior y que se realizaron diversos intentos para obtener secuencias de los genes Hox5´, pero sólo se logró la secuencia de HoxA13 y HoxD11.