Cooptazione genetica (reclutamento)
1990
- Susumu Ohno
- Joram Piatigorsky
- Graeme Wistow
La cooptazione genica, o reclutamento genico, è il processo evolutivo in cui un gene o una rete di geni viene impiegato per una nuova funzione, spesso in un contesto di sviluppo diverso. Questo è un meccanismo primario per l'evoluzione di nuovi tratti senza richiedere la creazione di nuovi geni. Ad esempio, le cristalline, le proteine strutturali trasparenti del cristallino, sono state cooptate dagli enzimi metabolici.
La cooptazione genica è un potente esempio di come l'evoluzione agisca da "aggiustatutto" piuttosto che da ingegnere. Invece di progettare nuovi componenti da zero, riutilizza quelli esistenti. Il meccanismo molecolare spesso implica modifiche negli elementi cis-regolatori (CRE) di un gene. Una mutazione in un CRE può far sì che un gene, precedentemente espresso solo nel fegato, venga ora espresso anche nelle cellule della pelle in via di sviluppo, ad esempio. Se questo nuovo modello di espressione offre un qualche vantaggio, può essere selezionato. La proteina stessa non ha bisogno di cambiare inizialmente; la sua nuova localizzazione e il suo nuovo contesto le conferiscono una nuova funzione.
The case of lens crystallins is a classic example. Research in the 1980s by Piatigorsky and Wistow showed that many crystallin proteins were either identical or closely related to common metabolic enzymes like lactate dehydrogenase and argininosuccinate lyase. These enzymes were already present in cells and happened to have properties—stability and solubility at high concentrations—that made them suitable for forming a transparent, refractive lens. A regulatory mutation led to their massive over-expression in the developing eye, co-opting them for a new structural role. Another famous example is the co-option of the Distal-less gene, used for appendage development, to pattern eyespots on butterfly wings.
UNESCO Nomenclature: 2411
- L'evoluzione
Precursori
- La teoria dell'evoluzione per duplicazione genica di Susumu Ohno
- il concetto di exaptation di Stephen Jay Gould ed Elisabeth Vrba
- il modello di Jacob-Monod della regolazione genica (l'operone)
- progressi nel sequenziamento delle proteine e nella biochimica
- scoperta di elementi cis-regolatori
Applicazioni
- spiegare l'origine di nuove strutture biologiche come piume, arti e occhi
- comprendere come il veleno si è evoluto nei serpenti a partire dagli enzimi digestivi
- biologia sintetica, per l'ingegnerizzazione di nuove funzioni nei circuiti genetici esistenti
- sviluppo di farmaci, comprendendo come le proteine possano avere molteplici funzioni (lavoro extra)
- tracciare la storia evolutiva dei tratti complessi
Idee e potenziali innovazioni
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Correlato a: cooptazione genica, reclutamento, exaptazione, cristallina, evoluzione, tratti nuovi, regolazione genica, elementi cis-regolatori, distal-less, evo-devo.