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Proteína homeótica bicoid

(Arriba) Gradiente de proteína Bicoid nuclear en un embrión de Drosophila transgénico fijado que lleva un gen de fusión Bicoid-GFP. Imagen cortesía de Julien O. Dubuis y Thomas Gregor. (Abajo) Proteína Bicoid-GFP (verde) y ARNm Bicoid marcado con FISH (rojo) en la punta anterior de un embrión de Drosophila transgénico fijado . Ambos embriones están orientados con el polo anterior a la izquierda. Imagen cortesía de Shawn C. Little y Thomas Gregor (ver Little et al. para los métodos [1] ).

La proteína homeótica bicoid está codificada por el gen de efecto maternal bcd en Drosophila . El gradiente de concentración de la proteína homeótica bicoid modela el eje anteroposterior (AP) durante la embriogénesis de Drosophila . Bicoid fue la primera proteína que se demostró que actúa como morfógeno . [2] Aunque bicoid es importante para el desarrollo de Drosophila y otros dípteros superiores, [3] está ausente en la mayoría de los demás insectos, donde su función la cumplen otros genes. [4] [5]

Papel en la formación de patrones axiales

El ARNm bicoid se localiza activamente en la parte anterior del huevo de la mosca de la fruta durante la ovogénesis [6] a lo largo de los microtúbulos [7] por la proteína motora dineína [ 8] y se retiene allí a través de la asociación con la actina cortical [9] . La traducción de bicoid está regulada por su UTR 3' y comienza después de la deposición del huevo. La difusión y la convección dentro del sincitio producen un gradiente exponencial de proteína bicoid [2] [10] en aproximadamente una hora, después de lo cual las concentraciones nucleares de bicoid permanecen aproximadamente constantes a través de la celularización. [11] Un modelo alternativo propone la formación de un gradiente de ARNm bicoid en el embrión a lo largo de los microtúbulos corticales que luego sirve como plantilla para la traducción de la proteína bicoid para formar el gradiente de proteína bicoid. [12] [13] [14] La proteína bicoid reprime la traducción del ARNm caudal y mejora la transcripción de los genes de brecha anterior , incluidos hunchback, orthodenticle y buttonhead.

Estructura y función

Representación en PyMOL del homeodominio de Bicoid unido a su sitio de consenso

Bicoid es una de las pocas proteínas que utiliza su homeodominio para unirse a dianas de ADN y ARN para regular su transcripción y traducción, respectivamente. El homeodominio de unión a ácidos nucleicos de Bicoid se ha resuelto mediante RMN . [15] Bicoid contiene un motivo rico en arginina (parte de la hélice que se muestra axialmente en esta imagen) que es similar al que se encuentra en la proteína REV del VIH y es esencial para su unión a ácidos nucleicos. [16]

Mutante bicoide
El mutante bicoide no produce cabeza

La formación de gradientes proteicos bicoides es uno de los primeros pasos en la formación de patrones de AP en embriones de moscas de la fruta. La expresión espacial adecuada de los genes posteriores depende de la solidez de este gradiente ante variaciones comunes entre embriones, incluyendo la cantidad de ARNm bicoides depositados por la madre y el tamaño del huevo. Estudios comparativos filogenéticos [17] y de evolución experimental [18] sugieren un mecanismo inherente para la generación robusta de un gradiente proteico bicoides escalado. Los mecanismos que se han propuesto para efectuar este escalamiento incluyen la degradación no lineal de bicoides [19] , la retención nuclear como un regulador dependiente del tamaño del coeficiente de difusión efectivo de la proteína bicoides [10] [20] y el escalamiento del flujo citoplasmático [10] .

Véase también

Referencias

  1. ^ Little SC, Tkačik G, Kneeland TB, Wieschaus EF, Gregor T (marzo de 2011). "La formación del gradiente de morfógeno bicoide requiere el movimiento de proteínas desde el ARNm localizado anteriormente". PLOS Biology . 9 (3): e1000596. doi : 10.1371/journal.pbio.1000596 . PMC  3046954 . PMID  21390295.
  2. ^ ab Driever W, Nüsslein-Volhard C (julio de 1988). "La proteína bicoide determina la posición en el embrión de Drosophila de una manera dependiente de la concentración". Cell . 54 (1): 95–104. doi :10.1016/0092-8674(88)90183-3. PMID  3383245. S2CID  18830552.
  3. ^ Gregor T, McGregor AP, Wieschaus EF (abril de 2008). "Forma y función del gradiente de morfógenos bicoides en especies de dípteros con embriones de diferentes tamaños". Biología del desarrollo . 316 (2): 350–358. doi :10.1016/j.ydbio.2008.01.039. PMC 2441567 . PMID  18328473. 
  4. ^ Chouard T (noviembre de 2008). «Darwin 200: debajo de la superficie». Nature . 456 (7220): 300–303. doi : 10.1038/456300a . PMID  19020592.
  5. ^ Schröder R (abril de 2003). "Los genes orthodenticle y hunchback sustituyen a bicoid en el escarabajo Tribolium". Nature . 422 (6932): 621–625. Bibcode :2003Natur.422..621S. doi :10.1038/nature01536. PMID  12687002. S2CID  4406927.
  6. ^ St Johnston D, Driever W, Berleth T, Richstein S, Nusslein-Volhard C (1989). "Múltiples pasos en la localización del ARN bicoide en el polo anterior del ovocito de Drosophila ". Desarrollo . 107 : 13–19. doi :10.1242/dev.107.Supplement.13. PMID  2483989.
  7. ^ Pokrywka NJ, Stephenson EC (septiembre de 1991). "Los microtúbulos median la localización del ARN bicoide durante la ovogénesis de Drosophila". Desarrollo . 113 (1): 55–66. doi : 10.1242/dev.113.1.55 . PMID  1684934.
  8. ^ Weil TT, Forrest KM, Gavis ER (agosto de 2006). "La localización del ARNm bicoide en los ovocitos tardíos se mantiene mediante un transporte activo continuo". Developmental Cell . 11 (2): 251–262. doi : 10.1016/j.devcel.2006.06.006 . PMID  16890164.
  9. ^ Weil TT, Parton R, Davis I, Gavis ER (julio de 2008). "Los cambios en el anclaje del ARNm bicoide resaltan los mecanismos conservados durante la transición de ovocito a embrión". Current Biology . 18 (14): 1055–1061. Bibcode :2008CBio...18.1055W. doi :10.1016/j.cub.2008.06.046. PMC 2581475 . PMID  18639459. 
  10. ^ abc Hecht I, Rappel WJ, Levine H (febrero de 2009). "Determinación de la escala del gradiente del morfógeno bicoide". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 106 (6): 1710–1715. Bibcode :2009PNAS..106.1710H. doi : 10.1073/pnas.0807655106 . PMC 2644102 . PMID  19190186. 
  11. ^ Gregor T, Wieschaus EF, McGregor AP, Bialek W, Tank DW (julio de 2007). "Estabilidad y dinámica nuclear del gradiente de morfógeno bicoide". Cell . 130 (1): 141–152. doi :10.1016/j.cell.2007.05.026. PMC 2253672 . PMID  17632061. 
  12. ^ Frigerio G, Burri M, Bopp D, Baumgartner S, Noll M (diciembre de 1986). "Estructura del gen de segmentación emparejado y el conjunto de genes PRD de Drosophila como parte de una red genética". Cell . 47 (5): 735–746. doi :10.1016/0092-8674(86)90516-7. PMID  2877746. S2CID  9658875.
  13. ^ Spirov A, Fahmy K, Schneider M, Frei E, Noll M, Baumgartner S (febrero de 2009). "Formación del gradiente de morfógeno bicoide: un gradiente de ARNm dicta el gradiente de proteína". Desarrollo . 136 (4): 605–614. doi :10.1242/dev.031195. PMC 2685955 . PMID  19168676. 
  14. ^ Fahmy K, Akber M, Cai X, Koul A, Hayder A, Baumgartner S (2014). "αTubulin 67C y Ncd son esenciales para establecer una red microtubular cortical y la formación del gradiente de ARNm Bicoid en Drosophila". PLOS ONE . ​​9 (11): e112053. Bibcode :2014PLoSO...9k2053F. doi : 10.1371/journal.pone.0112053 . PMC 4229129 . PMID  25390693. 
  15. ^ Baird-Titus JM, Clark-Baldwin K, Dave V, Caperelli CA, Ma J, Rance M (marzo de 2006). "La estructura de la solución del homeodominio K50 Bicoid nativo unido al sitio de unión al ADN TAATCC de consenso". Journal of Molecular Biology . 356 (5): 1137–1151. doi :10.1016/j.jmb.2005.12.007. PMID  16406070.
  16. ^ Niessing D, Driever W, Sprenger F, Taubert H, Jäckle H, Rivera-Pomar R (febrero de 2000). "La posición 54 del homeodominio especifica el control transcripcional versus traduccional por Bicoid". Molecular Cell . 5 (2): 395–401. doi :10.1016/S1097-2765(00)80434-7. hdl : 11858/00-001M-0000-0028-A069-9 . PMID  10882080.
  17. ^ Gregor T, McGregor AP, Wieschaus EF (abril de 2008). "Forma y función del gradiente de morfógenos bicoides en especies de dípteros con embriones de diferentes tamaños". Biología del desarrollo . 316 (2): 350–358. doi :10.1016/j.ydbio.2008.01.039. PMC 2441567 . PMID  18328473. 
  18. ^ Cheung D, Miles C, Kreitman M, Ma J (enero de 2014). "Adaptación de la escala de longitud y amplitud del perfil de gradiente Bicoid para lograr un patrón robusto en embriones de Drosophila melanogaster anormalmente grandes". Desarrollo . 141 (1): 124–135. doi :10.1242/dev.098640. PMC 3865754 . PMID  24284208. 
  19. ^ Eldar A, Rosin D, Shilo BZ, Barkai N (octubre de 2003). "La degradación de ligandos automejorada es la base de la robustez de los gradientes de morfógenos". Developmental Cell . 5 (4): 635–646. doi : 10.1016/S1534-5807(03)00292-2 . PMID  14536064.
  20. ^ Grimm O, Wieschaus E (septiembre de 2010). "El gradiente bicoide se forma independientemente de los núcleos". Desarrollo . 137 (17): 2857–2862. doi :10.1242/dev.052589. PMC 2938918 . PMID  20699297.