Bicoid ( lat. bi + coid - két + farok) - egy homeotikus gén (jelölése bicoid vagy bcd ) és Drosophila fehérje , egy morfogén , amely meghatározza a Drosophila test elülső részének ( akron , fej és mellkas ) fejlődését embrió. Ennek a fehérjének az mRNS-e a petesejtek fejlődése során képződik , így a bicoid gén az anyai hatás gének közé tartozik . A fehérje transzkripciós faktor és homeodomént tartalmaz ; egyes jelentések szerint a Bicoid a harmadik csoport módosított Hox-génje [1] .
Eric Wieschaus és Christiane Nüsslein-Volhard 1995 -ben fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kapott az embrionális fejlődési génekkel kapcsolatos kutatásaiért, amelyek között szerepel a Bicoid is .
Klasszikus kísérletek kimutatták, hogy egy rovartojásban legalább két " szervező központ " van, egy a tojás elején és egy a hátulján. Például Klaus Sander 1975-ben azt találta, hogy ha a fejlődés korai szakaszában lekötözte (lekötötte) a petéket, elválasztva az elülső és a hátsó régiót, az embrió egyik fele az embrió elülső részévé, a másik a hátulsó részévé fejlődött. embrió, de egyik fele sem tartalmazta az embrió középső szegmenseit. Így kiderült, hogy a két pólusból gradiensek áradtak ki, és ezek a gradiensek kölcsönhatásba lépve helyzeti információkat szereztek az egyes szegmensek azonosságának meghatározásához. Továbbá, amikor a rovartojás elülső részéből származó RNS megsemmisült (ibolyántúli fény vagy RNáz hatására), az eredmény az volt, hogy az embriókból hiányzott a fej és a mellkas ( mellkas ). Ehelyett ezek az embriók két hasat és telsont ("farkat") fejlesztettek ki. Így Sander feltételezte, hogy a tojás mindkét végén egy gradiens létezik, és azt javasolta, hogy a tojás RNS-t tartalmaz, amely az elülső szegmens fejlődéséért felelős valami gradiensét generálja. Az 1980-as évek végén a Klaus gradiens hipotézist kombinálták a Drosophila embriogenezisének genetikai vizsgálataival a Heidelberg screens projektben, amely az embrionális fejlődést befolyásoló géneket azonosította. Christiane Nüsslein-Volhard és munkatársai felfedezték, hogy legalább három morfogének csoportja létezik: az embrió elülső, hátsó és terminális régiójában. Ezért a felfedezésért ő és Erik Wieschaus 1995-ben Nobel-díjat kapott. Eric Wieschaus csoportja a Princeton Egyetemen még mindig vizsgálja a Bicoid működését, pontosabban a gradiensének kialakulását és eltűnését. A bicoid az egyik legtöbbet tanulmányozott morfogén .
A bicoid mRNS-t a trofociták (szoptató sejtek) szintetizálják a petesejtek érése során . A bicoid mRNS 3'-régiója egy lokalizációs faktorok, Exuperantia (Exu) és Staufen (Stau) fehérjék által felismert jelátviteli helyet tartalmaz. Az oogenezis középső és késői szakaszában aktívak . Ezek a fehérjék segítik a bicoid kötődését a dyneinhez , amely a bicoid mPHE -jét mikrotubulusokon keresztül a tojásnak a trofocitákhoz legközelebb eső területére szállítja. A bicoid lokalizációját a nyelési fehérje mutációja is megzavarja, amely nem kötődik közvetlenül a bicoidhoz , de részt vesz a mikrotubulusok és az aktin citoszkeleton átszervezésében a petesejtek elülső végén . [2] . A Drosophila petesejtekben a bicoid mRNS , valamint más anyai hatású gének, például a nanos , nem transzlálódnak . A bicoid mRNS-ként való fennmaradását a transzkriptum 3' végén található rövid poli(A) farok magyarázza. Petesejtekben a rövid poli(A) farokkal rendelkező mRNS- ek nincsenek kitéve a degradációnak, de az ilyen mRNS-ek nem transzlálódnak . Megtermékenyítéskor a Cortex és Grauzon fehérjék megnyújtják a poli-(A) farkat, és megindul a Bicoid transzláció. [3] Jelenleg vita folyik arról, hogy pontosan mi hozza létre a gradienst: mRNS, maga a fehérje vagy mindkét anyag. Az aktív transzport hipotézis védelmezői azzal érvelnek, hogy a fehérje diffúzió sebessége nem elegendő a gradiens létrehozásához, és valószínűleg az mRNS aktív transzportja a filamentumok mentén, hasonlóan a petesejtekbe történő transzporthoz, valószínűleg megtörténik, és a fehérje gradiens megismétli az mRNS gradienst [4 ] . A Wieschaus-csoport elmélete az 1980-as évek vége óta nem változott, és a szintézis-diffúziós-degradációs (SDD) modellt használja, amely szerint a fehérje a pólusról terjed, ahol az oogenezis végére lerakódik az mRNS, és a távolság, ill. A fehérje szaporodási idejét szintézisének, diffúziójának és lebomlásának sebessége határozza meg. [5]
A Bicoid kétféle módon serkenti a Drosophila anterior embrió fejlődését. Egyrészt a caudalis mRNS-hez kötődik , gátolja annak transzlációját, és így elnyomja a hátsó fejlődési programot, amelyet a caudalis aktivál . [7] Másrészt a Hox család transzkripciós faktora [8] , és a púpos gén szabályozó régióihoz kötődik , aktiválva azt [9] . Ennek a génnek az aktiválásához nincs szükség nagy koncentrációjú Bicoidra, amit a nyelés kiütésével és az exuperantiával végzett kísérletek is megerősítettek: az ilyen mutánsokban a mellkas szerkezete általában kialakult , de a fej nem. Ezekről a génekről azt jósolták, hogy alacsonyabb affinitásfokozókkal rendelkeznek , amit aztán a gombfej , az üres spirálok és az ortodentikulum gének kísérletei során briliánsan megerősítettek . E gének fokozóinak is van egy púpos kötőhelyük . [10] A bicoid szabályozza a knirps gént is , amely az embrió teljes elülső részéből csak az akronban expresszálódik, mivel a púpos egyidejűleg elnyomja . Ez a példa azt mutatja, hogy az egyes cellák programváltoztatásának finom hatásai szempontjából a különböző tér-idő kombinációk döntő jelentőségűek. Hasonlóképpen, az egyenletesen átugrott gént a Bicoid csak a második hasi szegmensben aktiválja, mivel ott van a szükséges alacsony koncentrációjú Bicoid, és jelen van a púpos is. [tizenegy]
A homozigóta bcd-/- mutáns nőstények petéiben a Bicoid fehérje hiányzik. Az ilyen tojásokból fejlődő embriók nem rendelkeznek elülső szegmentált szakaszokkal. Ha egy vad típusú nőstény pete elülső végének citoplazmáját egy bcd-/- nőstény petének elülső régiójába ültetik át , akkor a normális fejlődés helyreáll. A bcd gén termékeit tartalmazó tojás citoplazmájának bejuttatása? a tojások középső régiójában a bcd-/- kétoldali Bicoid fehérje gradienst képez, amely a tojás központi régiójától az elülső és hátsó végek felé irányul. Ennek megfelelően egy csúnya lárva fejlődik ki, amelynek középső régiójában elülső, a tojás pólusainál pedig hátsó szerkezetek találhatók. [12]
Annak ellenére, hogy kulcsszerepet játszik a gyümölcslégy elülső szegmensének fejlődésében, a Bicoid fehérje rövid evolúciós múlttal rendelkezik. A szekvencia-konzervativizmus keresése azt jelzi, hogy a bcd gént nemrég szerezte meg a Diptera a zerknullt nevű Hox3 homológ megkettőzésével . Más morfogének, mint például a púpos és a caudal , rendkívül konzervatívak. Tekintettel az anyai Hb és a Bcd közötti transzkripciós szinergiára, egy olyan elméletet javasoltak, amely szerint a kétszárnyú ősök csak púpos hátúak voltak, és később sajátították el a bicoidokkal kapcsolatos összes szabályozást. A Bicoid homológokkal nem rendelkező, de púpos hátú rokon fajok elülső-hátulsó tengelyének felépítéséről szóló legújabb tanulmányok azonban az Orthodenticle (Otd) fehérje jelenlétét mutatják, amelynek homeodoménje ugyanolyan specifitású, mint a Bicoidé. . Ilyen élőlények a Tribolium bogár és a Nasonia darázs . [13]