stringtranslate.com

Гомеотический белок бикоид

(Вверху) Градиент ядерного белка Bicoid в фиксированном трансгенном эмбрионе дрозофилы , несущем слитый ген Bicoid-GFP. Изображение предоставлено Жюльеном О. Дюбюи и Томасом Грегором. (Внизу) Белок Bicoid-GFP (зеленый) и меченная FISH мРНК бикоида (красный) в переднем конце фиксированного трансгенного эмбриона дрозофилы . Оба эмбриона ориентированы передним полюсом слева. Изображение предоставлено Шоном К. Литтлом и Томасом Грегором ( методы см. в Little et al. [1] ).

Гомеотический белок бикоид кодируется геном материнского эффекта bcd у дрозофилии . Градиент концентрации гомеотического белка бикоида формирует передне-заднюю (AP) ось во время эмбриогенеза дрозофилы . Bicoid был первым белком, который продемонстрировал действие морфогена . [2] Хотя бикоид важен для развития дрозофилы и других высших двукрылых, [3] он отсутствует у большинства других насекомых, где его роль выполняют другие гены. [4] [5]

Роль в формировании осевого рисунка

Бикоидная мРНК активно локализуется в передней части яйца плодовой мухи во время оогенеза [6] вдоль микротрубочек [7] с помощью моторного белка динеина [ 8] и удерживается там посредством ассоциации с корковым актином . [9] Трансляция бикоида регулируется его 3'-UTR и начинается после отложения яйцеклетки. Диффузия и конвекция внутри синцития вызывают экспоненциальный градиент белка Bicoid [2] [10] в течение примерно одного часа, после чего концентрации ядра Bicoid остаются примерно постоянными за счет клеточной процесса. [11] Альтернативная модель предполагает формирование бикоидного градиента мРНК у эмбриона вдоль кортикальных микротрубочек, который затем служит матрицей для трансляции белка Bicoid с образованием градиента белка Bicoid. [12] [13] [14] Белок Bicoid подавляет трансляцию каудальной мРНК и усиливает транскрипцию генов передней щели, включая горбуна, ортодентику и пуговицу.

Структура и функции

PyMOL- рендеринг гомеодомена Bicoid, связанного с его консенсусным сайтом

Bicoid — один из немногих белков, который использует свой гомеодомен для связывания мишеней как ДНК, так и РНК, чтобы регулировать их транскрипцию и трансляцию соответственно. Гомеодомен Bicoid, связывающий нуклеиновую кислоту, был определен с помощью ЯМР . [15] Бикоид содержит богатый аргинином мотив (часть спирали, показанная в осевом направлении на этом изображении), который подобен тому, который обнаружен в белке ВИЧ REV , и необходим для связывания его нуклеиновой кислоты. [16]

Бикоидный мутант
Бикоидный мутант не дает головы.

Формирование градиента бикоидного белка является одним из самых ранних этапов формирования AP-паттерна эмбрионов плодовых мух. Правильная пространственная экспрессия нижестоящих генов зависит от устойчивости этого градиента к общим вариациям между эмбрионами, включая количество депонированных у матери bicoid мРНК и размер яйца. Сравнительные филогенетические [17] и экспериментальные эволюционные исследования [18] предполагают наличие внутреннего механизма надежной генерации масштабированного белкового градиента Bicoid. Механизмы, которые были предложены для осуществления этого масштабирования, включают нелинейную деградацию Bicoid, [19] задержку ядра как зависимого от размера регулятора эффективного коэффициента диффузии белка Bicoid, [10] [20] и масштабирование цитоплазматического потока. [10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Little SC, Ткачик Г., Ниланд Т.Б., Вишаус Э.Ф., Грегор Т. (март 2011 г.). «Формирование градиента морфогена Bicoid требует перемещения белка из передней локализованной мРНК». ПЛОС Биология . 9 (3): e1000596. дои : 10.1371/journal.pbio.1000596 . ПМК  3046954 . ПМИД  21390295.
  2. ^ аб Дривер В., Нюсляйн-Фольхард С (июль 1988 г.). «Белок бикоид определяет положение эмбриона дрозофилы в зависимости от концентрации». Клетка . 54 (1): 95–104. дои : 10.1016/0092-8674(88)90183-3. PMID  3383245. S2CID  18830552.
  3. ^ Грегор Т., МакГрегор А.П., Вишаус Э.Ф. (апрель 2008 г.). «Форма и функция градиента морфогена Bicoid у двукрылых видов с эмбрионами разного размера». Биология развития . 316 (2): 350–358. дои : 10.1016/j.ydbio.2008.01.039. ПМЦ 2441567 . ПМИД  18328473. 
  4. ^ Шуард Т. (ноябрь 2008 г.). «Дарвин 200: Под поверхностью». Природа . 456 (7220): 300–303. дои : 10.1038/456300a . ПМИД  19020592.
  5. ^ Шредер Р. (апрель 2003 г.). «Гены ортодентикул и горбуна заменяют бикоид у жука Tribolium». Природа . 422 (6932): 621–625. Бибкод : 2003Natur.422..621S. дои : 10.1038/nature01536. PMID  12687002. S2CID  4406927.
  6. ^ Сент-Джонстон Д., Дривер В., Берлет Т., Рихштейн С., Нусслейн-Фольхард С. (1989). «Множественные этапы локализации бикоидной РНК на переднем полюсе ооцита дрозофилы ». Разработка . 107 : 13–19. doi :10.1242/dev.107.Supplement.13. ПМИД  2483989.
  7. ^ Порывка, штат Нью-Джерси, Стивенсон EC (сентябрь 1991 г.). «Микротрубочки опосредуют локализацию бикоидной РНК во время оогенеза дрозофилы». Разработка . 113 (1): 55–66. дои : 10.1242/dev.113.1.55 . ПМИД  1684934.
  8. ^ Вейл Т.Т., Форрест К.М., Гэвис Э.Р. (август 2006 г.). «Локализация бикоидной мРНК в поздних ооцитах поддерживается за счет постоянного активного транспорта». Развивающая клетка . 11 (2): 251–262. дои : 10.1016/j.devcel.2006.06.006 . ПМИД  16890164.
  9. ^ Вейл Т.Т., Партон Р., Дэвис И., Гэвис Э.Р. (июль 2008 г.). «Изменения в закреплении бикоидной мРНК подчеркивают консервативные механизмы во время перехода от ооцита к эмбриону». Современная биология . 18 (14): 1055–1061. Бибкод : 2008CBio...18.1055W. дои : 10.1016/j.cub.2008.06.046. ПМК 2581475 . ПМИД  18639459. 
  10. ^ abc Hecht I, Rappel WJ, Levine H (февраль 2009 г.). «Определение масштаба градиента морфогена Bicoid». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (6): 1710–1715. Бибкод : 2009PNAS..106.1710H. дои : 10.1073/pnas.0807655106 . ПМК 2644102 . ПМИД  19190186. 
  11. ^ Грегор Т., Вишаус Э.Ф., МакГрегор А.П., Бялек В., Танк Д.В. (июль 2007 г.). «Стабильность и ядерная динамика градиента бикоидного морфогена». Клетка . 130 (1): 141–152. дои : 10.1016/j.cell.2007.05.026. ПМК 2253672 . ПМИД  17632061. 
  12. ^ Фригерио Г., Бурри М., Бопп Д., Баумгартнер С., Нолл М. (декабрь 1986 г.). «Структура пары генов сегментации и набора генов PRD дрозофилы как часть генной сети». Клетка . 47 (5): 735–746. дои : 10.1016/0092-8674(86)90516-7. PMID  2877746. S2CID  9658875.
  13. ^ Спиров А., Фахми К., Шнайдер М., Фрей Э., Нолл М., Баумгартнер С. (февраль 2009 г.). «Формирование градиента морфогена бикоида: градиент мРНК диктует градиент белка». Разработка . 136 (4): 605–614. дои : 10.1242/dev.031195. ПМЦ 2685955 . ПМИД  19168676. 
  14. ^ Фахми К., Акбер М., Кай Х, Коул А., Хайдер А., Баумгартнер С. (2014). «αТубулин 67C и Ncd необходимы для создания кортикальной сети микротрубочек и формирования градиента мРНК Bicoid у дрозофилы». ПЛОС ОДИН . 9 (11): e112053. Бибкод : 2014PLoSO...9k2053F. дои : 10.1371/journal.pone.0112053 . ПМЦ 4229129 . ПМИД  25390693. 
  15. ^ Бэрд-Титус Дж. М., Кларк-Болдуин К., Дэйв В., Каперелли Калифорния, Ма Дж., Рэнс М. (март 2006 г.). «Структура раствора нативного гомеодомена K50 Bicoid, связанного с консенсусным сайтом связывания ДНК TAATCC». Журнал молекулярной биологии . 356 (5): 1137–1151. дои : 10.1016/j.jmb.2005.12.007. ПМИД  16406070.
  16. ^ Ниссинг Д., Дривер В., Шпренгер Ф., Тауберт Х., Джекль Х., Ривера-Помар Р. (февраль 2000 г.). «Позиция 54 гомеодомена определяет транскрипционный и трансляционный контроль с помощью Bicoid». Молекулярная клетка . 5 (2): 395–401. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80434-7. hdl : 11858/00-001M-0000-0028-A069-9 . ПМИД  10882080.
  17. ^ Грегор Т., МакГрегор А.П., Вишаус Э.Ф. (апрель 2008 г.). «Форма и функция градиента морфогена Bicoid у двукрылых видов с эмбрионами разного размера». Биология развития . 316 (2): 350–358. дои : 10.1016/j.ydbio.2008.01.039. ПМЦ 2441567 . ПМИД  18328473. 
  18. ^ Чунг Д., Майлз С., Крейтман М., Ма Дж. (январь 2014 г.). «Адаптация шкалы длины и амплитуды профиля градиента Bicoid для достижения надежного формирования рисунка у аномально крупных эмбрионов Drosophila melanogaster». Разработка . 141 (1): 124–135. дои : 10.1242/dev.098640. ПМЦ 3865754 . ПМИД  24284208. 
  19. ^ Эльдар А., Розин Д., Шило Б.З., Баркай Н. (октябрь 2003 г.). «Самоусиливающаяся деградация лигандов лежит в основе устойчивости градиентов морфогена». Развивающая клетка . 5 (4): 635–646. дои : 10.1016/S1534-5807(03)00292-2 . ПМИД  14536064.
  20. ^ Гримм О, Вишаус Э (сентябрь 2010 г.). «Градиент бикоида формируется независимо от ядер». Разработка . 137 (17): 2857–2862. дои : 10.1242/dev.052589. ПМЦ 2938918 . ПМИД  20699297.