Bicoid

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].

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

Histórico

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

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

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
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. 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. 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. David L. Nelson,Michael M. Cox, Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6º Edição, p. 1188, 2014
  5. 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.
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