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Una regione '''omeobox''' (dall'[[Lingua inglese|inglese]]: '''''homeobox''''', tradotto ''regione conservata'') è una [[sequenza di DNA]] che dirige i [[Gene|geni]] coinvolti nella regolazione delle procedure di sviluppo ([[morfogenesi]]) negli [[Animale|animali]], [[Fungo|funghi]] e [[Plantae|piante]].

== Scoperta ==
I geni homeobox vennero scoperti indipendentemente nel [[1983]] da Ernst Hafen, Michael Levine e William McGinnis, che lavoravano nel laboratorio di [[Walter Jakob Gehring]] nella [[Università di Basilea]] in [[Svizzera]], e da [[Matthew P. Scott]] e Amy Weiner, che lavoravano con [[Thomas Kaufman]] nella [[Indiana University (Bloomington)|Indiana University]] di [[Bloomington (Indiana)|Bloomington]].<ref>{{Cita pubblicazione
| rivista=Nature
| anno=1984
| volume=308
| numero=5958
| pp=428–33
| titolo=A conserved DNA sequence in homoeotic genes of the Drosophila Antennapedia and bithorax complexes
| autore=McGinnis W
| coautori=Levine MS, Hafen E, Kuroiwa A, Gehring WJ
| pmid=6323992
| doi = 10.1038/308428a0
}}
</ref><ref>{{Cita pubblicazione
| rivista=PNAS
| anno=1984
| volume=81
| numero=13
| pp=4115–9
| titolo=Structural relationships among genes that control development: sequence homology between the Antennapedia, Ultrabithorax, and fushi tarazu loci of Drosophila
| autore=Scott MP
| coautori=Weiner AJ
| pmid=6330741
| doi = 10.1073/pnas.81.13.4115
| pmc=345379
}}
</ref>

== Struttura ==
Una sequenza genica di un omeobox è lunga circa 180 [[Coppia di basi|paia di basi]]. Codifica per un [[Dominio (biochimica)|dominio]] [[Proteina|proteico]] (denominato "[[omeodominio]]") che quando viene espresso può legarsi al [[DNA]], per agire da regolatore dell'[[espressione genica]]; alcuni geni vengono trascritti soltanto durante lo sviluppo embrionale, alcuni soltanto in alcuni tipi di cellule, ecc. Ad esempio il gene per l'[[emoglobina]] viene trascritto soltanto nei [[reticolociti]], che sono i precursori dei [[globuli rossi]]. La sequenza di lettere che segue mostra la catena di 60 aminoacidi che secondo la maggioranza dei [[Genetica|genetisti]] corrisponde al "homeobox domain".

<pre>RRRKRTA-YTRYQLLE-LEKEFLF-NRYLTRRRRIELAHSL-NLTERHIKIWFQN-RRMK-WKKEN</pre>

I geni contenenti un omeodominio codificano per [[Fattore di trascrizione|fattori di trascrizione]] che tipicamente attivano cascate di altri geni. L'omeodominio lega il DNA a livello di sequenze specifiche. Comunque, la specificità di una singola proteina dell'omeodominio non è di solito sufficiente per riconoscere specificamente i geni bersaglio desiderati. Nella maggior parte dei casi, le proteine contenenti un omeodominio agiscono nella regione del [[Promotore (biologia)|promotore]] dei loro geni bersaglio, formando complessi con altri fattori di trascrizione che hanno una specificità per il bersaglio molto maggiore rispetto al singolo fattore di trascrizione. Le proteine di tipo "homeobox" sono codificate sia da geni del cluster dei [[Gene Hox|geni Hox]] che da altri geni collocati in altre parti del [[genoma]].

== Geni Hox ==
{{Vedi anche|Gene Hox}}
Sono essenzialmente geni degli [[eumetazoi]] che determinano l'identità delle regioni embrionali lungo l'asse antero-posteriore. Il primo gene Hox dei vertebrati venne isolato nel [[Genere (tassonomia)|genere]] ''[[Xenopus]]'' da Eddy De Robertis e dai suoi colleghi nel [[1984]], dando avvio alla giovane branca della biologia: la [[biologia evolutiva dello sviluppo]] (abbreviata come ''Evo-devo'' in inglese)<ref>Carrasco, McGinnis, Gehring and De Robertis, Cell 37, 409-414, 1984</ref>.

Nei vertebrati, i quattro cluster [[Omologia (biologia)|paraloghi]] sono parzialmente ridondanti nella loro funzione, ma hanno anche acquisito diverse funzioni derivate. In particolare, i geni HoxA e HoxD specificano per l'identità del segmento (ad es. [[braccio]], [[avambraccio]], [[carpo]], [[metacarpo]], ecc.) lungo l'asse dell'[[arto]].

Il principale interesse in questo insieme di geni deriva dal loro comportamento unico. Si trovano tipicamente in un cluster organizzato. L'ordine lineare dei geni all'interno di un cluster correla direttamente all'ordine delle regioni sulle quali esse influiscono come correlano anche alla sequenza cronologica durante lo [[Ontogenesi|sviluppo embrionale]] quando vengono attivati. Questo fenomeno si chiama co-linearità. A causa di questa relazione lineare, qualsiasi cambiamento nel cluster genico dovuto a mutazioni generalmente risulta in cambiamenti simili nelle regioni che essi affettano.

[[File:Hoxgenesoffruitfly.svg|Espressione dei geni Omeobox nella ''[[Drosophila melanogaster]]'' (moscerino della frutta).|thumb|center|upright=2.5]]

Ad esempio, quando un gene viene perduto il segmento si sviluppa dando luogo ad un segmento con le proprietà di uno più anteriore, mentre una mutazione che porti ad avere un segmento ulteriore causa che il segmento si sviluppi come uno più posteriore. Questo fenomeno viene chiamato [[ectopia]]. Esempi famosi sono i geni [[Antennapedia]] e [[Bithorax]] della Drosofila, che possono portare allo sviluppo di zampe sulla testa al posto delle antenne e rispettivamente allo sviluppo di un torace duplicato in cui sono presenti due paia di ali (quindi il moscerino della frutta in totale avrà 4 ali invece di 2).

Esiste evidenza di biologia molecolare evolutiva che mostra che un numero limitato di geni Hox esistessero nel [[phylum]] [[Cnidaria]] già prima della comparsa dei veri [[Animalia|animali]] [[Eumetazoa|eumetazoi]] del [[Simmetria animale|ramo]] [[Bilateria|Bilatera]], dimostrando che si tratta di geni pre-[[Paleozoico|paleozoici]].<ref>{{Cita pubblicazione| cognome = Ryan |nome = Joseph F |coautori = Maureen E. Mazza, Kevin Pang, David Q. Matus, Andreas D. Baxevanis, Mark Q. Martindale, John R. Finnertyl | titolo = Pre-Bilaterian Origins of the Hox Cluster and the Hox Code: Evidence from the Sea Anemone, Nematostella vectensis | rivista = PLoS ONE | url = http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0000153 | volume = 2 | pp = e153 | doi = 10.1371/journal.pone.0000153 | numero = 1 | data = 2007-01|accesso=30 aprile 2008| pmid = 17252055| pmc = 1779807}}</ref> Esaminando in dettaglio le sequenze dei 60 amminoacidi che costituiscono l'omeodominio in molti e diversi tipi di animali si è scoperto, ad esempio, che dei 60 amminoacidi 59 erano identici nelle proteine del topo e della rana. Le linee evolutive che hanno portato ai moscerini ed ai topi si sono separate prima dell'esplosione della vita nel [[Cambriano]], oltre 500 milioni di anni fa: l'importanza dei geni Hox è così determinante che sono stati conservati intatti dall'evoluzione per tutto questo lasso di tempo.<ref>[https://g.co/kgs/14XoFE Sean B. Carroll. Infinite Forme Bellissime. Codice Edizioni. 2006.]</ref>

== Diversità ==
I geni dell'omeobox vennero identificati per la prima volta nel moscerino della frutta ''[[Drosophila melanogaster]]'' e in seguito sono stati localizzati in molte altre specie, da [[Insetto|insetti]] a [[Rettile|rettili]] fino ai [[mammiferi]].

All'inizio i geni ''Hox'' dell'omeobox vennero identificati soltanto negli [[eumetazoi]] [[Bilateria|bilaterali]], ma più recentemente si è visto che anche negli [[Cnidaria|cnidari]] è presente il [[Dominio (biochimica)|dominio]] dell'omeobox e l'"anello mancante" nell'[[evoluzione]] tra i due è stato identificato.

I geni dell'omeobox sono stati trovati nei [[funghi]], ad esempio nei [[Lievito|lieviti]] [[microorganismo|unicellullari]], e nelle [[piante]].

=== Piante ===
I ben noti geni [[omeotici]] delle piante (geni [[MADS-box]]) non sono [[Omologia (biologia)|omologhi]] ai geni Hox degli animali. Piante e animali non condividono gli stessi geni omeotici, e questo suggerisce che i geni omeotici del regno vegetale sorsero indipendentemente nella parte più recente dell'evoluzione degli animali e delle piante.

=== Geni umani ===
Gli esseri umani generalmente contengono i geni Hox in quattro [[cluster genetici]]:

{| class="wikitable"
| '''nome''' || '''[[cromosoma]]''' || '''gene'''
|-
| HOXA (noto a volte come HOX1) - {{Gene|HOXA@}} || [[Cromosoma 7 (umano)|cromosoma 7]] || [[Homeobox A1|HOXA1]], [[HOXA2]], [[HOXA3]], [[HOXA4]], [[HOXA5]], [[HOXA6]], [[HOXA7]], [[HOXA9]], [[HOXA10]], [[HOXA11]], [[HOXA13]]
|-
| HOXB - {{Gene|HOXB@}} || [[Cromosoma 17 (umano)|cromosoma 17]] || [[HOXB1]], [[HOXB2]], [[HOXB3]], [[HOXB4]], [[HOXB5]], [[HOXB6]], [[HOXB7]], [[HOXB8]], [[HOXB9]], [[HOXB13]]
|-
| HOXC - {{Gene|HOXC@}} || [[Cromosoma 12 (umano)|cromosoma 12]] || [[HOXC4]], [[HOXC5]], [[HOXC6]], [[HOXC8]], [[HOXC9]], [[HOXC10]], [[HOXC11]], [[HOXC12]], [[HOXC13]]
|-
| HOXD - {{Gene|HOXD@}} || [[Cromosoma 2 (umano)|cromosoma 2]] || [[HOXD1]], [[HOXD3]], [[HOXD4]], [[HOXD8]], [[HOXD9]], [[HOXD10]], [[HOXD11]], [[HOXD12]], [[HOXD13]]
|}
Esiste anche una famiglia di omeobox meno distale ("distal-less homeobox"): [[DLX1]], [[DLX2]], [[DLX3]], [[DLX4]], [[DLX5]] e [[DLX6]].

"HESX homeobox 1" è noto anche come [[HESX1]].

Il [[gene homeobox per la bassa statura]] (''Short stature homeobox gene'') è noto anche come gene [[SHOX]].

Proteine umane addizionali che contengono questo [[Dominio (biochimica)|dominio]] in base alla annotazione [[UniProt]]:
* [[ADNP]]; [[ALX3]]; [[ALX4]]; [[ARGFX]]; [[ARX (gene)|ARX]]
* [[BAPX1]]; [[BARHL1]]; [[BARHL2]]; [[BARX1]]; [[BARX2]]; [[CART1]]
* [[CDX1]]; [[CDX2]]; [[CDX4]]; [[CRX (gene)|CRX]]; [[CUTL1]]; [[CUTL2]]
* [[DBX1]]; [[DBX2]]; [[DLX1]]; [[DLX2]]; [[DLX3]]; [[DLX4]]; [[DLX5]]; [[DLX6]]; [[DMBX1]]; [[DPRX]]; [[DRGX]]; [[DUX1]]; [[DUX2]]; [[DUX3]]; [[DUX4]]; [[DUX4c]]; [[DUX5]]; [[DUXA]]
* [[EMX1]]; [[EMX2]]; [[EN1]]; [[EN2]]; [[ESX1L]]; [[EVX1]]; [[EVX2]]
* [[GBX1]]; [[GBX2]]; [[GSC (gene)|GSC]]; [[GSC2]]; [[GSX1]]; [[GSX2]]
* [[HDX]]; [[HESX1]]; [[HHEX]]; [[HLX1]]; [[HMBOX1]]; [[HMX1]]; [[HMX2]]; [[HMX3]]; [[HOMEZ]]; [[HOPX]]
* [[IRX1]]; [[IRX2]]; [[IRX3]]; [[IRX4]]; [[IRX5]]; [[IRX6]]; [[ISL1]]; [[ISL2]]; [[ISX]]
* [[LASS3]]; [[LASS5]]; [[LASS6]]; [[LBX1]]; [[LBX2]]; [[LHX1]]; [[LHX2]]; [[LHX3]]; [[LHX4]]; [[LHX5]]; [[LHX6]]; [[LHX8]]; [[LHX9]]; [[LMX1A]]; [[LMX1B]]; [[LOC340260]]
* [[MEIS1]]; [[MEIS2]]; [[MEIS3]]; [[MEOX1]]; [[MEOX2]]; [[MIXL1]]; [[MKX (gene)|MKX]]; [[MNX1]]; [[MSX1]]; [[MSX2 (gene)|MSX2]]
* [[NANOG]]; [[NANOGP1]]; [[NANOGP8]]; [[NKX2-2]]; [[NKX2-3]]; [[NKX2-4]]; [[NKX2-5]]; [[NKX2-8]]; [[NKX3-1]]; [[NKX6-1]]; [[NKX6-2]]; [[NKX6-3]]; [[NOBOX]]
* [[ONECUT1]]; [[ONECUT2]]; [[ONECUT3]]; [[OTP (gene)|OTP]]; [[OTX1]]; [[OTX2]]
* [[PAX3]]; [[PAX4]]; [[PAX6]]; [[PAX7]]; [[PAX7B]]; [[PBX1]]; [[PBX2]]; [[PBX3]]; [[PBX4]]; [[PDX1]]; [[PHOX2A]]; [[PHOX2B]]; [[PITX1]]; [[PITX2]]; [[PITX3]]; [[PKNOX1]]; [[PKNOX2]]; [[POU1F1]]; [[POU2F1]]; [[POU2F2]]; [[POU2F3]]; [[POU3F1]]; [[POU3F2]]; [[POU3F3]]; [[POU3F4]]; [[POU4F1]]; [[POU4F2]]; [[POU4F3]]; [[POU5F1]]; [[POU5F1P1]]; [[POU5F1P4]]; [[POU5F2]]; [[POU6F2]]; [[PROP1]]; [[PRRX1]]; [[PRRX2]]
* [[RAX (gene)|RAX]]; [[RAXL1]]; [[RHOXF1]]; [[RHOXF2]]
* [[SATB1]]; [[SATB2]]; [[SEBOX]]; [[SHOX]]; [[SHOX2]]; [[SIX1]]; [[SIX2]]; [[SIX3]]; [[SIX4]]; [[SIX5]]; [[SIX6]]
* [[TCF1]]; [[TCF2]]; [[TGIF1]]; [[TGIF2]]; [[TGIF2LX]]; [[TGIF2LY]]; [[TITF1]]; [[TLX1]]; [[TLX2]]; [[TLX3]]; [[TSHZ1]]; [[TSHZ2]]; [[TSHZ3]]
* [[VAX1]]; [[VAX2]]; [[VENTX]]; [[VSX1]]; [[VSX2]]
* [[ZFHX2]]; [[ZFHX3]]; [[ZFHX4]]; [[ZHX1]]

== Mutazioni ==
Eventuali mutazioni ai geni dell'omeobox possono produrre cambiamenti [[fenotipo|fenotipici]] eclatanti.

Due esempi di mutazioni nel homeobox nel su menzionato [[moscerino della frutta]] consistono nella comparsa di zampette dove si trovano normalmente le [[antenne]] ([[antennapedia]]), e un secondo paio di ali (mutante Bithorax).

La duplicazione dei geni homeobox può produrre nuovi segmenti corporei, e sembra che queste duplicazioni siano state importanti nell'evoluzione degli animali segmentati. Tuttavia, i geni Hox tipicamente determinano l'identità dei segmenti corporei.

È interessante notare che vi è un insetto del [[sottordine]] degli [[imenotteri]] [[sinfiti]], (la "sawflies xyelid"), nel quale sia entrambe le antenne sia la parte corrispondente alla bocca hanno una struttura notevolmente simile a quella delle gambe Questo non è raro in artropodi come tutte le appendici degli artropodi sono omologhi.

== Regolazione ==
La regolazione dei geni Hox è estremamente complessa e coinvolge reciproche interazioni, per la maggior parte inibitorie. La mosca [[Drosophila]] utilizza i complessi di [[Proteina|proteine]] [[Polycomb-group proteins|Polycomb]] e [[Trithorax-group proteins|Trithorax]] per mantenere l'espressione dei geni Hox dopo la "down-regulation" della regola del paio e dei geni gap che avviene durante lo sviluppo larvale. Le proteine del gruppo [[Polycomb-group proteins|Polycomb]] possono silenziare i geni HOX, grazie alla modulazione della struttura della [[cromatina]].<ref name="Portoso">{{Cita libro |urlcapitolo=http://www.horizonpress.com/rnareg|autore= Portoso M and Cavalli G|anno=2008|capitolo=The Role of RNAi and Noncoding RNAs in Polycomb Mediated Control of Gene Expression and Genomic Programming|titolo=RNA and the Regulation of Gene Expression: A Hidden Layer of Complexity|url=https://archive.org/details/rnaregulationofg0000unse|editore=Caister Academic Press|isbn = 978-1-904455-25-7}}</ref>

== Note ==
<references/>

== Bibliografia ==
* {{Cita libro | autore=Lodish et al. | anno=2003 | titolo=Molecular Cell Biology | url=https://archive.org/details/molecularcellbio00harv | edizione=5th |città=New York | editore=W.H. Freeman and Company | ISBN=0-7167-4366-3 }}
* {{Cita pubblicazione | autore = Ogishima S, Tanaka H | titolo = Missing link in the evolution of Hox clusters | rivista = Gene | volume = 387 | numero = 1-2 | pp = 21–30 | anno = 2007 | mese=gennaio| pmid = 17098381 | doi = 10.1016/j.gene.2006.08.011 }}

== Voci correlate ==
* [[Biologia evolutiva dello sviluppo]]
* [[Geni specifici di Homo sapiens]]

== Altri progetti ==
{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==
* {{cita web|1=http://homeodb.cbi.pku.edu.cn/|2=Zhong YF, Butts T, Holland PWH, 2008. HomeoDB: a database of homeobox genes diversity|lingua=en|accesso=1º ottobre 2010|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120211012402/http://homeodb.cbi.pku.edu.cn/|dataarchivio=11 febbraio 2012|urlmorto=sì}}
* {{cita web|1=http://www.hhmi.org/genesweshare/b120.html|2=Discovering the Homeobox|lingua=en|accesso=1 ottobre 2010|dataarchivio=24 settembre 2012|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120924030037/http://www.hhmi.org/genesweshare/b120.html|urlmorto=sì}}
* {{MeshName|Homeobox}}

{{Genetica}}
{{Portale|anatomia|Biologia}}

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[[Categoria:Embriologia]]
[[Categoria:Biologia evolutiva]]
[[Categoria:Fattori di trascrizione]]