Bicoid

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Padrão de expressão de bicoid ao longo do eixo anteroposterior do embrião.

Bicoid é um gene de expressão maternal, cujo gradiente de concentração proteica ao longo do embrião de Drosophila melanogaster define a formação do eixo anteroposterior na embriogênese dessa espécie. Com esse gradiente de concentração, essa proteína é capaz de induzir diferentes comportamentos celulares a partir de suas diferentes concentrações ao longo do embrião [1], e dessa forma age como um morfógeno, sendo a primeira proteína a ser caracterizada dessa forma [2].

Histórico:[editar | editar código-fonte]

O papel do gradiente de concentração de bicoid em Drosophilas foi publicado por Nüsslein-Volhard e Wolfgang Driever em 1988 [2], sendo a primeira demonstração molecular do conceito de morfógenos. Hoje em dia sabe-se que esta proteína tem duplo papel, ela é Fator de Transcrição e de Tradução. [3]

Oogênese e papel de Bicoid na formação do eixo anteroposterior:[editar | editar código-fonte]

O folículo ovariano de Drosophila possui 16 células germinativas conectadas por canais, entre elas uma é selecionada como ovócito enquanto as outras 15 tormam-se células nutridoras. Uma das funções das células nutridoras é transcrever mRNAs importantes para o futuro desenvolvimento embrionário. A localização desses mRNAs no ovócito é determinada de forma assimétrica pelas células nutridoras e irá especificar os eixos corporais do embrião. Então, durante a formação do ovócito são transcritos genes codificadores de fatores maternos, e os seus mRNA são posicionados em determinadas regiões deste ovócito. Após a fecundação, estes mRNA são traduzidos em proteínas que ocuparão o mesmo lugar no zigoto. O gene bicoid é um desses fatores maternos e possui grande importância no desenvolvimento de Drosophilas.

Os produtos do gene bicoid definem, juntamente com os de nanos, o eixo anteroposterior de drosófilas [4], sendo bicoid importante para a definição da região anterior. O mRNA de bicoid é expresso pelas células nutridoras e depositado no ovo não fertilizado perto da região que posteriormente formará a região anterior do embrião. Esse mRNA é traduzido logo após a fecundação e a proteína se difunde através da célula criando, a partir da sétima divisão, um gradiente de concentração ao longo do embrião com a maior concentração de bicoid no polo anterior [3].

A proteína bicoid possui um homeodomínio, característica de genes Homeobox, sendo uma das poucas proteínas que consegue se ligar a RNA e DNA, e dessa forma conseguir regular transcrição e tradução. Assim, bicoid é um fator de transcrição que ativa a expressão de vários genes relacionados a transcrição [4], como o gene hunchback que responde a altas concentrações de bicoid definindo a posição da cabeça e tórax. Ao mesmo tempo, a proteína bicoid é também um repressor de tradução, inativando certos mRNA dependendo do seu gradiente de concentração. A concentração local de bicoid afeta a expressão dos genes de uma forma dependente de limiar, ou seja, os genes são expressos por transcrição ou inibidos por tradução apenas quando a concentração de bicoid é maior que o limite em que consegue provocar efeito. Alterações no gradiente de bicoid resulta em curiosos efeitos no padrão corporal dos embriões. A ausência de bicoid produz um embrião sem tórax e cabeça, mas com dois abdomes [4].

Gradiente de proteínas importantes na embriogênese de Drosophilas ao longo do embrião.

Interação e posição no embrião em relação a outras proteínas:[editar | editar código-fonte]

Bicoid e hunchback tem gradiente de concentração começando na região anterior do embrião, enquanto nanos e caudal tem gradiente começando na região posterior. Hunchback é um gene que responde a altas concentrações de bicoid para ser expresso e define a posição da cabeça e tórax. Nanos é um gene também de expressão maternal, porém os produtos de sua expressão são depositados na região posterior do ovócito. Caudal possui tradução reprimida por bicoid, pois seu mRNA é um alvo dessa proteína, e assim tem maior concentração proteica nas regiões com menor concentração de bicoid.[5]

Estrutura:[editar | editar código-fonte]

Homeodomíneo de bicoid.

As funções de bicoid, de fator de transcrição de genes embrionários e de repressor de tradução, exigem um homeodomíneo que seja capaz de reconhecer sequências alvo de DNA e RNA. Bicoid possui uma região rica em arginina (parte da hélice presente na imagem) semelhante a encontrada na proteína REV de HIV, essencial para a ligação com ácidos nucleicos. Mutantes de bicoid, com substituição da argenina 54, tem a propriedade de ligação com RNA alterada, enquanto a propriedade de ligação com DNA permanece a mesma. Assim, esses mutantes falham ao reprimir a tradução, enquanto a transcrição dos genes alvos continua ativa [5].

Referências

  1. Slack, J. M. W, Morphogenetic gradients--past and present, Trends Biochem Sci. 12, 200-204, 1987
  2. a b Wolfgang Driever and Christiane N0sslein-Volhard The bicoid Protein Determines Position in the Drosophila Embryo in a Concentration-Dependent Manner,Cell, Vol. 54, 95-104, July 1, 1988
  3. a b Anne Ephrussi e Daniel St Johnston, Seeing Is Believing: The Bicoid Morphogen Gradient Matures, Review, Cell, Volume 116, Issue 2, p143–152, 23 January 2004
  4. a b c David L. Nelson,Michael M. Cox, Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6º Edição, p. 1188, 2014
  5. a b Niessing, D.; Driever, W.; Sprenger, F.; Taubert, H.; Jäckle, H.; Rivera-Pomar, R. (2000). "Homeodomain Position 54 Specifies Transcriptional versus Translational Control by Bicoid". Molecular Cell. 5 (2): 395–401
  • Gilbert, S.E. 2003. Developmental Biology, 7ª ed., pp 307-355 e pp 711-748, Sinauer Associates Inc., Sunderland.
  • Macdonald, P.M. 1990. Bicoid mRNA localization signal: phylogenetic conservation of function and RNA secondary structure. Development 110: 161-171.