Ultrabithorax (Ubx) es un gen homeobox que se encuentra en los insectos y se utiliza en la regulación de la formación de patrones en la morfogénesis . Hay muchos productos posibles de este gen, que funcionan como factores de transcripción . Ubx se utiliza en la especificación de estructuras homólogas en serie y se utiliza en muchos niveles de jerarquías de desarrollo. En Drosophila melanogaster se expresa en el tercer segmento torácico (T3) y el primer segmento abdominal (A1) y reprime la formación de alas . El gen Ubx regula las decisiones sobre el número de alas y patas que tendrán las moscas adultas. El papel del gen Ubx en el desarrollo está determinado por el empalme de su producto, que tiene lugar después de la traducción del gen. Los factores de empalme específicos de una célula en particular permiten la regulación específica del destino de desarrollo de esa célula, al realizar diferentes variantes de empalme de los factores de transcripción. En D. melanogaster , existen al menos seis isoformas diferentes de Ubx. [2]
Las mutaciones del gen Ubx darán lugar a la transformación de los apéndices dorsal y ventral del tercer segmento torácico (T3), que incluye el halterio y la tercera pata, en sus homólogos del segundo segmento torácico (T2). Si Ubx está presente en T3, impedirá el destino original del segmento T2. Tales mutaciones pueden producir el segundo conjunto de alas observado en el fenotipo bithorax.
El gen Ubx contiene un exón 5' , dos microexones, un elemento B opcional y un exón C terminal. La longitud del ADN genómico de Ubx es de 76 kb y la longitud de su clon de ADNc es de 3,2 a 4,6 kb. El exón 5' contiene el 5' UTR que tiene 964 bases. El exón C terminal contiene el 3' UTR que tiene de 1580 a 2212 bases.
Ubx actúa sobre cientos de genes diferentes en distintas etapas de la morfogénesis, incluidos genes reguladores como factores de transcripción , componentes de señalización y genes de diferenciación terminal . [3] Se ha demostrado que Ubx actúa sobre moléculas de señalización de largo alcance, así como sobre sus genes diana y genes posteriores más abajo. Se ha demostrado que actúa en muchos niveles de jerarquías reguladoras, lo que significa que Ubx puede usarse como señal más de una vez en la misma jerarquía reguladora. [4]
Ubx reprime genes diana Dpp ( Decapentaplegic -activated) seleccionados en el eje anterior y posterior . [5] Varios genes diana Dpp que han sido identificados son spalt-related, vestigial, Serum Response Factor y achaete-scute. [4] Ubx también reprime Wingless en el compartimento posterior del eje dorsoventral . Los productos de estos genes se utilizan en la regulación de características morfológicas entre el ala y el halterio .
Ubx también reprime selectivamente un potenciador de los genes vestigiales en el eje próximo-distal.
Este gen es importante para el desarrollo de las alas traseras en los lepidópteros y el desarrollo de las patas en las larvas. [6]
La Ubx se activa cuando hay una cierta carencia de la proteína Hunchback (hb). Concentraciones significativas de Hunchback sólo existen en las regiones anterior y posterior del embrión, por lo que la Ubx se expresa sólo en los segmentos medios. Por lo tanto, el gen hb puede desempeñar un papel importante en la especificación de los límites de la expresión de la Ubx. [7]
La activación de Ubx involucra múltiples secuencias reguladoras que actúan en cis , que se encuentran aguas arriba y aguas abajo del sitio de la tapa del ARNm. Estas regiones potenciadoras pueden activar la transcripción de Ubx si está presente la combinación correcta de factores. Por ejemplo, se ha demostrado que la expresión de Ubx en el tercer fémur de D. melanogaster depende de las regiones potenciadoras abx y pbx . [8] Los factores de transcripción que se unen al sitio promotor de Ubx se han purificado y se ha demostrado que activan la expresión del gen in vitro . [9]
La expresión de Ubx es reprimida por el ARN largo no codificante Bithoraxoid (Bxd) , utilizando interferencia transcripcional para silenciar la expresión. [10] [11]
Además de ser un factor de transcripción bien conocido, Ubx se ha utilizado para formar biomateriales in vitro . Se pueden generar materiales a macroescala en forma de cuerdas, películas y láminas a partir de la proteína Ubx recombinante, que puede autoensamblarse en condiciones más suaves que otras proteínas de biomateriales. [12] Los materiales a macroescala se autoadhieren, lo que les permite asumir estructuras más complejas. Además de requerir condiciones menos duras que otras proteínas, se ha demostrado que Ubx se ensambla más rápidamente y en concentraciones mucho más bajas. [12]
Los materiales UBX son mecánicamente robustos. Al modificar el diámetro de la fibra, la resistencia a la rotura, la tensión de rotura y el módulo de Young se pueden ajustar a valores que abarcan un orden de magnitud, modificando en última instancia el mecanismo de extensión. [13]