Bicoid protein homeotik

Bicoid protein homeotik dikodekan oleh gen efek ibu bcd di Drosophila. Pola gradien konsentrasi bicoid protein homeotik sumbu anterior-posterior (AP) selama embriogenesis Drosophila. Bicoid adalah protein pertama yang ditunjukkan untuk bertindak sebagai morfogen.^[2] Meskipun bicoid penting untuk pengembangan Drosophila dan dipteran lain yang lebih tinggi,^[3] bicoid tidak ada pada sebagian besar serangga lain, di mana perannya dilakukan oleh gen lain.^[4][5]

Homeotic protein bicoid
Identifiers
Organisme	Drosophila melanogaster
Simbol	bcd
UniProt	P09081
Pencarian Struktur Swiss-model Domain InterPro

(Atas) Gradien protein Bicoid Nuklir dalam embrio Drosophila transgenik tetap yang membawa gen fusi Bicoid-GFP. Gambar milik Julien O. Dubuis dan Thomas Gregor. (Bawah) Protein bicoid-GFP (hijau) dan mRNA bicoid berlabel IKAN (merah) di ujung anterior embrio Drosophila transgenik tetap. Kedua embrio berorientasi dengan kutub anterior di sebelah kiri. Gambar milik Shawn C. Little dan Thomas Gregor (lihat Little et al. untuk metodenya).^[1]

Peran dalam pola aksial

Bicoid mRNA secara aktif terlokalisasi ke anterior telur lalat buah selama oogenesis^[6] sepanjang mikrotubulus^[7] oleh protein motor dinein,^[8] dan dipertahankan di sana melalui asosiasi dengan aktin kortikal.^[9] Terjemahan bicoid diatur oleh 3′ UTR-nya dan dimulai setelah deposisi telur. Difusi dan konveksi dalam sinsitium menghasilkan gradien eksponensial protein Bicoid^[2][10] dalam waktu kira-kira satu jam, setelah itu konsentrasi inti Bicoid tetap kira-kira konstan melalui selulerisasi.^[11] Model alternatif mengusulkan pembentukan gradien mRNA bicoid dalam embrio sepanjang mikrotubulus kortikal yang kemudian berfungsi sebagai template untuk terjemahan protein Bicoid untuk membentuk gradien protein Bicoid.^[12][13][14] Protein bicoid menekan terjemahan mRNA ekor dan meningkatkan transkripsi gen celah anterior termasuk bungkuk, ortodentikel, dan kepala kancing.

Struktur dan fungsi

Render PyMOL dari homeodomain Bicoid terikat ke situs konsensusnya

Bicoid adalah salah satu dari sedikit protein yang menggunakan homeodomainnya untuk mengikat target DNA dan RNA masing-masing untuk mengatur transkripsi dan translasinya. Homeodomain pengikat asam nukleat Bicoid telah diselesaikan dengan NMR.^[15] Bicoid mengandung motif kaya arginin (bagian dari heliks ditunjukkan secara aksial pada gambar ini) yang mirip dengan yang ditemukan pada protein HIV REV dan penting untuk pengikatan asam nukleatnya.^[16]

Mutan Bicoid yang tidak memiliki kepala

Pembentukan gradien protein bicoid adalah salah satu langkah paling awal dalam pola AP embrio lalat buah. Ekspresi spasial yang tepat dari gen hilir bergantung pada kekokohan gradien ini untuk variasi umum antara embrio, termasuk dalam jumlah mRNA bicoid yang disimpan secara maternal dan dalam ukuran telur. Studi filogenetik komparatif^[3] dan evolusi eksperimental^[10] menunjukkan mekanisme yang melekat untuk generasi yang kuat dari gradien protein Bicoid berskala. Mekanisme yang telah diusulkan untuk mempengaruhi penskalaan ini termasuk degradasi non-linier Bicoid,^[17] retensi nuklir sebagai pengatur koefisien difusi efektif protein Bicoid yang bergantung pada ukuran,^[18] dan penskalaan aliran sitoplasma.^[10][19]

Referensi

1. Little SC, Tkačik G, Kneeland TB, Wieschaus EF, Gregor T (March 2011). "The formation of the Bicoid morphogen gradient requires protein movement from anteriorly localized mRNA". PLOS Biology. 9 (3): e1000596. doi:10.1371/journal.pbio.1000596. PMC 3046954 . PMID 21390295.
2. Driever W, Nüsslein-Volhard C (July 1988). "The bicoid protein determines position in the Drosophila embryo in a concentration-dependent manner". Cell. 54 (1): 95–104. doi:10.1016/0092-8674(88)90183-3. PMID 3383245. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
3. Gregor T, McGregor AP, Wieschaus EF (April 2008). "Shape and function of the Bicoid morphogen gradient in dipteran species with different sized embryos". Developmental Biology. 316 (2): 350–358. doi:10.1016/j.ydbio.2008.01.039. PMC 2441567 . PMID 18328473.
4. Chouard T (November 2008). "Darwin 200: Beneath the surface". Nature. 456 (7220): 300–303. doi:10.1038/456300a . PMID 19020592.
5. Schröder R (April 2003). "The genes orthodenticle and hunchback substitute for bicoid in the beetle Tribolium". Nature (dalam bahasa Inggris). 422 (6932): 621–625. Bibcode:2003Natur.422..621S. doi:10.1038/nature01536. PMID 12687002. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
6. St Johnston D, Driever W, Berleth T, Richstein S, Nusslein-Volhard C (1989). "Multiple steps in the localization of bicoid RNA to the anterior pole of the Drosophila oocyte". Development. 107: 13–19. doi:10.1242/dev.107.Supplement.13. PMID 2483989.
7. Pokrywka NJ, Stephenson EC (September 1991). "Microtubules mediate the localization of bicoid RNA during Drosophila oogenesis". Development. 113 (1): 55–66. doi:10.1242/dev.113.1.55 . PMID 1684934.
8. Weil TT, Forrest KM, Gavis ER (August 2006). "Localization of bicoid mRNA in late oocytes is maintained by continual active transport". 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 (July 2008). "Changes in bicoid mRNA anchoring highlight conserved mechanisms during the oocyte-to-embryo transition". Current Biology. 18 (14): 1055–1061. doi:10.1016/j.cub.2008.06.046. PMC 2581475 . PMID 18639459.
10. Hecht I, Rappel WJ, Levine H (February 2009). "Determining the scale of the Bicoid morphogen gradient". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 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 (July 2007). "Stability and nuclear dynamics of the bicoid morphogen gradient". 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 (December 1986). "Structure of the segmentation gene paired and the Drosophila PRD gene set as part of a gene network". Cell. 47 (5): 735–746. doi:10.1016/0092-8674(86)90516-7. PMID 2877746. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
13. Spirov A, Fahmy K, Schneider M, Frei E, Noll M, Baumgartner S (February 2009). "Formation of the bicoid morphogen gradient: an mRNA gradient dictates the protein gradient". Development. 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 and Ncd are essential for establishing a cortical microtubular network and formation of the Bicoid mRNA gradient in 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 (March 2006). "The solution structure of the native K50 Bicoid homeodomain bound to the consensus TAATCC DNA-binding site". 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 (February 2000). "Homeodomain position 54 specifies transcriptional versus translational control by 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. Cheung D, Miles C, Kreitman M, Ma J (January 2014). "Adaptation of the length scale and amplitude of the Bicoid gradient profile to achieve robust patterning in abnormally large Drosophila melanogaster embryos". Development. 141 (1): 124–135. doi:10.1242/dev.098640. PMC 3865754 . PMID 24284208.
18. Eldar A, Rosin D, Shilo BZ, Barkai N (October 2003). "Self-enhanced ligand degradation underlies robustness of morphogen gradients". Developmental Cell. 5 (4): 635–646. doi:10.1016/S1534-5807(03)00292-2 . PMID 14536064.
19. Grimm O, Wieschaus E (September 2010). "The Bicoid gradient is shaped independently of nuclei". Development. 137 (17): 2857–2862. doi:10.1242/dev.052589. PMC 2938918 . PMID 20699297.