T-box

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Introducción:

Los factores de transcripción de la familia T-box son necesarios tanto para decisiones de linaje celular tempranas, tales como la formación del plan corporal básico de los vertebrados, como para decisiones tardías, como la diferenciación y organogénesis. Al ser mutados, los genes T-box (o caja T) producen fenotipos extremos tanto en el ratón como en el pez cebra. Se ha demostrado su implicación en la formación de las extremidades, y en enfermedades genéticas humanas como los síndromes de Holt-Oram, ulnar-mammario, y de DiGeorge. Los factores de transcripción de la familia T-box comprenden aproximadamente el 0.1% de genomas tan diversos como los de los nematodos y los humanos, y han sido identificados en una gran variedad de animales desde los ctenóforos hasta los mamíferos. En cambio, no se encuentran en las plantas.

Organización del gen e historia evolutiva:

El análisis de los genes de la caja T muestra que la mayoría de sus loci se encuentran distribuidos al azar en los genomas de los cordados, aunque hay algunos casos en los que están agrupados, por ejemplo Tbx8 y Tbx9 en C.elegans, Tbx2 y Tbx4 en cromosoma 11 y Tbx3 y Tbx5 en el cromosoma 5 del ratón. La asociación entre los genes de las cajas T tardíos están conservados en otros mamíferos, como el hombre, en el caso de Tbx2 y Tbx4,y Tbx3 y Tbx5,que tienen una localización en los cromosomas 17 y 12 similar a la del ratón. El análisis filogenético de estos pares sugiere que provienen de la duplicación de un gen ancestral por entrecruzamiento (crossover) desigual entre dos alelos; en el caso de Tbx2 y Tbx4, y Tbx3 y Tbx5, este evento ocurrió hace por lo menos 600 millones de años. Los genes de la caja T contienen múltiples exones, y la caja T generalmente está codificada por por lo menos cinco exones bastante separados. Por ejemplo, el gen humano Tbx5 contiene ocho exones distribuidos en 53 kilobases del cromosoma 12. Como en otros genes, la unión entre el intrón y el exón está conservada, y en cambio la longitud del intrón varía entre diferentes especies. En la mayoría de los casos no se ha encontrado splicing alternativo, una excepción es la proteína VegT/Antipodean de Xenopus One, de la que se han hallado dos isoformas producidas por splicing alternativo del extremo 3´. Estas isoformas son específicas de tejido, una mesodérmica zigótica, y otra endodérmica embrionaria.

Función:

Las proteínas de la caja T tienen un tamaño de 50 a 78 KDa, y se unen a la caja T, una región del ADN cuya secuencia consenso es TCACACCT. Esta secuencia se puede repetir, de hecho las repeticiones con dos o más secuencias consenso repetidas son las que tienen mayor afinidad por la proteína. Así mismo las diversas repeticiones hacen a una secuencia T-box reconocible por una proteína T-box. Las proteínas T-box tienen una función tanto represora como activadora. En todos los casos que se han estudiado se ha encontrado que la actividad reguladora se encuentra en el extremo carboxilo terminal de la proteína. Solo en el caso de Brachury y en su ortólogo en el pez cebra, se ha mapeado la regulación transcripcional. Curiosamente, el grado de conservación de estos ortólogos es bajo.

Los genes T-box tienen dos catracterísticas que los hacen muy interesantes para estudiar los diferentes tipos celulares, sobre todo durante el desarrollo, y son necesarios para el correcto desarrollo de los tejidos. El los pocos casos en los que se ha estudiado la localización intracelular de las proteínas T-box, se han encontrado exclusivamente en el núcleo. Ese dato, junto con su actividad activadora/represora del DNA, indica que las proteínas T-box podrían ser importantes para la regulación del desarrollo.El hecho de que los alelos mutantes den un fenotipo mutante en heterocigosis (esto es, muestran haploinsuficiencia), indica que los niveles de proteína T-box son importantes para determinar su función. Adicionalmente, estudios de mutagénesis han demostrado que los genes T-box solo tienen efecto en la célula que los expresa. Por ejemplo, Branchury se expresa en el mesodermo posterior y en la notocorda en desarrollo, y es imprescindible para la formación de esos tejidos en el ratón. Los genes T-box también intervienen en el desarrollo tardío de tejidos específicos, por ejemplo, Tbx2, Tbx3, Tbx4 y Tbx5 en el desarrollo de las extremidades. Tbx2 y Tbx3 se expresan en los extremos anterior y posterior de las yemas de los miembros anteriores y posteriores.La expresión posterior de Tbx3 es crucial para el desarrollo de otros elementos distales de las extremidades, como se observa en los pacientes a los que les falta Tbx3,que padecen el síndrome ulnar-mamario y no tienen el hueso ulna ni dedos. A diferencia de la expresión simultánea de Tbx2 y Tbx3, sus homólogos semejantes, Tbx4 y Tbx5, se expresan exclusivamente en las yemas posteriores y anteriores de las extremidades, respectivamente. A pesar de que se desconocen las señales que dirigen la expresión diferencial de estos genes en los miembros anteriores y posteriores, parece que por lo menos intervendría la interpretación de las señales de los genes Hox, el llamado ``código Hox´´que se expresan en el mesodermo que eventualmente da lugar a las células mesenquimáticas que migrarán a las yemas de las extremidades. Uno de esos genes es Ptx1. De todas maneras, la expresión es independiente de las señales que dirigen el crecimiento de la extremidad hacia fuera. Significativamente, estos genes no solo delimitan los territorios anterior y posterior de las extremidades, sino que también especifican el tipo de miembro anterior o posterior. Experimentos en los que se expresa Tbx4 inapropiadamente mediante retrovirus en la extremidad anterior de embriones de pollo, o Tbx5 en la extremidad posterior, son capaces de transformar el tejido al tipo de miembro posterior y anterior, respectivamente. La transformación comprende tanto derivados esqueléticos del mesodermo, como el ectodermo que los recubre, y se desarrollan en grados que dependen de que gen se esté expresando. Tbx4 y Tbx5, entonces, actúan como genes selectores en la yema de la extremidad, definiendo que tipo de extremidad se debe desarrollar. Finalmente, las mutaciones en TBX5 humano afectan al crecimiento de las extremidades anteriores y al desarrollo del corazón. Curiosamente, las mutaciones sin sentido en TBX5 producen anormalidades primarias en las extremidades, mientras que otras anomalías del síndrome de Holt-Oram como el desarrollo aberrante del corazón, se producen predominantemente como resultado de mutaciones de cambio de sentido que altera un residuo que contacta con el surco mayor del DNA. Esto sugiere que genes diana específicos de tejido son afectados por mutaciones en distintos residuos del gen T-box que codifica TBX5. Se han relacionado otras mutaciones en proteínas T-box con el síndrome de DiGeorge, una enfermedad compleja que incluye anormalidades en las arterias coronarias.También se ha descrito que Tbx2 está amplificado en determinados tipos de cáncer de mama.

Retos para el futuro:

A pesar de que el papel de los genes concretos T-box es muy importante, sabemos muy poco sobre las rutas bioquímicas en las que están implicados. Entonces, un punto importante en futuras investigaciones debe ser identificar los factores que modulan la transcripción de estos genes corriente arriba y corriente abajo. Al nivel celular, las mutaciones han demostrado que estas proteínas se necesitan en fenómenos del desarrollo variados, pero la función exacta de los genes T-box, incluidas cuestiones de redundancia genética, aún está por descubrir. Por ejemplo, en el síndrome Ulnar-mamario, no se sabe por qué no hay defectos en las rodillas, cuando Tbx normalmente se expresa en esa zona. Esto se puede deber a una redundancia con otros genes T-box que también se expresan en esa región, como Tbx2 o Tbx4. Con el fin de conocer en profundidad la función de genes T-box individuales, también será necesario generar series alélicas, que también serían útiles para el estudio del síndrome de Holt-Oram, y mutaciones condicionales. Finalmente, se conoce relativamente poco acerca del procesamiento post-transcripcional, el recambio, y la estabilidad de cualquier proteína T-box. Adicionalmente, solo en los casos de Tbx5, Tbr1, y Mga, se conocen dominios de interacción proteína-proteína y, con la excepción de Mga, no se sabe el significado biológico de esas interacciones. Bibliografía: The T-box family. Wilson V, Conlon FL. Genome Biol. 2002; 3(6): reviews3008.1-reviews3008.7. published online before print May 31, 2002 PMCID: 139375