Ένα homeobox είναι μια αλληλουχία DNA που κωδικοποιείται για να εκφράζει μια πρωτεΐνη που θα δεσμευτεί με άλλο DNA και θα ρυθμίσει τον τρόπο με τον οποίο εκφράζεται. Τα Homeoboxs ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1980 από γενετικούς ερευνητές, αρχικά σε μύγες φρούτων – έναν πολύ μελετημένο οργανισμό στη γενετική – και αργότερα σε άλλους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων απλών και μονοκύτταρων οργανισμών. Αυτές οι αλληλουχίες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη, καθορίζοντας πώς και πού εκφράζονται τα γονίδια, και ανήκουν σε μια ομάδα γενετικών αλληλουχιών που εμπλέκονται στη ρύθμιση και έκφραση των γονιδίων καθώς αναπτύσσονται οι οργανισμοί.
Υπάρχουν συνήθως περίπου 180 ζεύγη βάσεων σε ένα homeobox. Η πρωτεΐνη για την οποία κωδικοποιεί έχει περίπου 60 αμινοξέα και είναι ικανή να συνδεθεί με το DNA για να το ενεργοποιήσει ή να το απενεργοποιήσει, προσδιορίζοντας αν εκφράζεται. Κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, το homeobox λέει στα κύτταρα πότε και πού να αρχίσουν να παράγουν, χαρτογραφώντας τα βασικά στοιχεία του οργανισμού και θέτοντας τις βάσεις για πιο προηγμένη ανάπτυξη καθώς τα κύτταρα διαφοροποιούνται υπό την κατεύθυνση των πρωτεϊνών που παράγονται από τα homeoboxes και άλλες αλληλουχίες γονιδίων.
Αρχικά, οι ερευνητές υποψιάζονταν ότι οι ρυθμιστικές διαδικασίες πίσω από την εμβρυϊκή ανάπτυξη ήταν πολύ διαφορετικές σε οργανισμούς διαφορετικών ειδών, ειδικά σε οργανισμούς που είχαν μόνο μακρινή σχέση. Η ανακάλυψη αυτών των αλληλουχιών γονιδίων έδειξε ότι οι οργανισμοί από γυμνοσάλιαγκες έως ελέφαντες βασίζονταν σε homeoboxes για τη ρύθμιση του DNA τους κατά την ανάπτυξη. Τα λάθη σε αυτές τις αλληλουχίες μπορεί επίσης να οδηγήσουν σε αναπτυξιακές ανωμαλίες, καθώς η ανάπτυξη του οργανισμού μπερδεύεται και τα χαρακτηριστικά εκφράζονται σε λάθος σημεία.
Έχει ανακαλυφθεί ένας αριθμός ανθρώπινων γονιδίων homeobox, σε πολλά χρωμοσώματα. Αυτές οι αλληλουχίες έχουν μελετηθεί για να μάθουν περισσότερα για τις πρωτεΐνες για τις οποίες κωδικοποιούν και πώς λειτουργούν αυτές οι πρωτεΐνες. Η έρευνα σε οργανισμούς όπως οι μύγες των φρούτων μπορεί να εφαρμοστεί άμεσα στην ανθρώπινη γενετική, καθώς σε πολλές περιπτώσεις τα γονίδια δρουν με παρόμοιους τρόπους. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι αλλαγές σε ένα homeobox μύγας φρούτων επηρεάζουν την ανάπτυξη μπορεί να παρέχει πληροφορίες σχετικά με το πώς παρόμοιες αλλαγές μπορεί να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται ένα ανθρώπινο έμβρυο.
Μια μεγάλη ποικιλία διεργασιών εμπλέκονται στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. Αυτά τα γονίδια δεν είναι ο μόνος καθοριστικός παράγοντας και τα έμβρυα μπορούν επίσης να επηρεαστούν από εξωτερικούς παράγοντες, όπως η έκθεση σε τοξίνες, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε παραμορφώσεις που προκαλούνται από διαταραχές στην έκφραση του DNA. Η κατανόηση των μυριάδων πολυπλοκοτήτων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη βοηθά τους ερευνητές να κατανοήσουν τι συμβαίνει όταν η ανάπτυξη πάει στραβά και γιατί. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί σε έρευνα που έχει σχεδιαστεί για την αντιμετώπιση σφαλμάτων στην ανάπτυξη με στόχο την αποτροπή τους στο μέλλον.