Bikoidi ( lat. bi + coid - kaksi + häntä) - homeoottinen geeni (merkitty bicoid tai bcd ) ja Drosophila - proteiini , morfogeeni , joka määrää Drosophilan kehon etuosan ( akron , pään ja rintakehän ) kehityksen alkio. Tämän proteiinin mRNA muodostuu munasolun kehittymisen aikana , joten bikoidigeeni kuuluu äidin vaikutusgeeneihin . Proteiini on transkriptiotekijä ja sisältää homeodomeenin ; joidenkin raporttien mukaan Bicoid on kolmannen ryhmän modifioitu Hox-geeni [1] .
Eric Wieschaus ja Christiane Nüsslein-Volhard saivat Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon vuonna 1995 alkionkehitysgeenien tutkimuksestaan, mukaan lukien Bicoid .
Klassiset kokeet ovat osoittaneet, että hyönteisen munassa on ainakin kaksi " organisaatiokeskusta ", yksi munan etuosassa ja toinen takana. Esimerkiksi Klaus Sander vuonna 1975 havaitsi, että jos hän sidoi (ligoi) munat varhaisessa kehitysvaiheessa ja erotti etuosan takaosasta, alkion toinen puolisko kehittyi etuosaan ja toinen alkion takaosaan. alkio, mutta kumpikaan puolisko ei sisältänyt alkion keskiosia. Siten kävi ilmi, että kahdesta napasta tuli gradientteja ja että nämä gradientit vuorovaikuttivat sijaintitietojen saamiseksi kunkin segmentin identiteetin määrittämiseksi. Lisäksi kun hyönteismunan etuosasta peräisin oleva RNA tuhoutui (ultraviolettivalolla tai RNaasi:lla), seurauksena oli, että alkioista puuttui pää ja rintakehä ( rintakehä ). Sen sijaan nämä alkiot kehittivät kaksi vatsaa ja telsonia ("häntä"). Siten Sander oletti gradientin olemassaolon munan molemmissa päissä ja ehdotti, että muna sisältää RNA:ta, joka tuottaa gradientin jostakin, joka on vastuussa etuosan kehityksestä. 1980-luvun lopulla Klausin gradienttihypoteesi yhdistettiin Drosophilan alkion geneettisiin tutkimuksiin Heidelbergin seulontaprojektissa, jossa tunnistettiin alkion kehitykseen vaikuttavia geenejä. Christiane Nüsslein-Volhard ja kollegat havaitsivat, että on olemassa vähintään kolme morfogeenien sarjaa: alkion etu-, taka- ja terminaalialueille. Tästä löydöstä hänelle ja Erik Wieschausille myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 1995. Eric Wieschausin ryhmä Princetonin yliopistossa tutkii edelleen, kuinka Bicoid toimii, tarkemmin sanottuna sen gradientin muodostumista ja katoamista. Bicoid on yksi tutkituimmista morfogeeneistä .
trofosyytit (imettävät solut) syntetisoivat bikoidi-mRNA:ta munasolujen kypsymisen aikana . Bikoidi -mRNA:n 3'-alue sisältää lokalisaatiotekijöiden, Exuperantia- (Exu) ja Staufen (Stau) -proteiinien, tunnistaman signalointikohdan. Ne ovat aktiivisia oogeneesin keski- ja myöhäisessä vaiheessa , vastaavasti. Nämä proteiinit auttavat bikoidia kiinnittymään dyneiiniin , joka kuljettaa bikoidin mPHE :n mikrotubulusten kautta munan alueelle, joka on lähimpänä trofosyyttejä . Bikoidin lokalisointia häiritsee myös Swallow-proteiinin mutaatio, joka ei sitoudu suoraan bikoidiin , mutta osallistuu mikrotubulusten ja aktiinin sytoskeleton uudelleenjärjestelyyn munasolun etupäässä . [2] . Drosophilan munasoluissa bikoidi- mRNA , samoin kuin muut äidin vaikutuksen geenit, kuten nanos , eivät transloidu . Bikoidin pysyminen mRNA:na selittyy lyhyellä poly(A) -hännällä transkriptin 3'-päässä. Munasoluissa mRNA:t, joilla on lyhyt poly(A) häntä , eivät ole alttiina hajoamiselle, mutta sellaiset mRNA:t eivät transloitu . Hedelmöityksen aikana Cortex- ja Grauzone-proteiinit pidentävät poly-(A)-häntää ja bikoidin translaatio alkaa. [3] Tällä hetkellä on kiistaa siitä, mikä tarkalleen luo gradientin: mRNA, itse proteiini vai molemmat aineet. Aktiivisen kuljetuksen hypoteesin puolustajat väittävät, että proteiinin diffuusionopeus ei riitä luomaan gradienttia ja että todennäköisesti tapahtuu mRNA:n aktiivista kuljetusta filamentteja pitkin, samanlaista kuin kuljetus munasoluun, ja proteiinigradientti toistaa mRNA-gradientin [4 ] . Wieschaus-ryhmän teoria ei ole muuttunut 1980-luvun lopun jälkeen ja käyttää synteesi-diffuusio-hajoamismallia (SDD), jonka mukaan proteiini leviää napasta, jonne mRNA kerrostuu oogeneesin loppuun mennessä, ja etäisyys ja proteiinin lisääntymisaika määräytyy sen synteesin, diffuusion ja hajoamisen nopeuden mukaan. [5]
Bicoid stimuloi Drosophilan anteriorisen alkion kehitystä kahdella tavalla. Toisaalta se sitoutuu kaudaaliseen mRNA :han estäen sen translaatiota ja siten tukahduttaa takakehitysohjelman, jonka kaudaalinen aktivoi . [7] Toisaalta se on Hox-perheen transkriptiotekijä [8] ja sitoutuu kypärägeenin säätelyalueisiin aktivoiden sen [9] . Tämän geenin aktivoituminen ei vaadi suuria bicoid-pitoisuuksia, mikä vahvistettiin myös kokeissa, joissa nieleminen ja eksuperantia olivat: tällaisissa mutanteissa muodostui normaalisti rintakehän rakenteita , mutta ei päätä. Näillä geeneillä ennustettiin olevan alhaisempia affiniteettia tehostavia aineita , mikä vahvistettiin sitten loistavasti napinpään , tyhjien kierteiden ja ortodentiikkigeenien kokeissa . Näiden geenien tehostajilla on myös kypäräselän sitoutumiskohta . [10] Bicoid säätelee myös knirps -geeniä , joka ilmentyy alkion koko etuosasta vain akronissa, koska kyttyräselkä tukahduttaa sitä samanaikaisesti . Tämä esimerkki osoittaa, että juuri erilaiset tila-ajalliset yhdistelmät ovat ratkaisevia yksittäisten solujen ohjelman muuttamisen hienovaraisten vaikutusten kannalta. Samoin Bicoid aktivoi parittoman geenin vain toisessa vatsan segmentissä, koska siellä on vaadittu alhainen Bicoid-pitoisuus, ja myös kypäräselkä on läsnä. [yksitoista]
Homotsygoottisten bcd-/- mutanttinaaraiden munista Bicoid-proteiini puuttuu. Tällaisista munista kehittyvillä alkioilla ei ole segmentoituja etuosia. Jos villityypin naaraan munan etupään sytoplasma siirretään bcd-/-- naaraasta otetun munan etualueelle, normaali kehitys palautuu. bcd-geenin tuotteet sisältävän munan sytoplasman tuominen? munien keskialueella bcd-/- muodostaa kahdenvälisen Bicoid-proteiinigradientin, joka on suunnattu munan keskialueelta etu- ja takapäähän. Sen mukaisesti kehittyy ruma toukka, jonka eturakenteet ovat keskialueella ja takarakenteet munan navoissa. [12]
Huolimatta keskeisestä roolistaan hedelmäkärpäsen etuosan kehityksen säätelyssä, Bicoid-proteiinilla on lyhyt evoluutiohistoria. Sekvenssin konservatismin etsintä osoittaa, että Diptera hankki äskettäin bcd -geenin zerknullt-nimisen Hox3-homologin monistamalla . Muut morfogeenit, kuten kyttyräselkä ja caudal , ovat erittäin konservatiivisia. Ottaen huomioon äidin Hb:n ja Bcd:n välisen transkription synergia, on ehdotettu teoriaa, jonka mukaan kaksipuoleisilla esivanhemmilla oli vain kypäräselkä ja kaikki bikoideihin liittyvät säätelyt he hankkivat myöhemmin. Viimeaikaiset tutkimukset anterior-posterior -akselin rakentamisesta sukulaislajeissa, joilla ei ole Bicoid-homologeja, mutta joilla on kypäräselkä, osoittavat kuitenkin Orthodenticle (Otd) -proteiinin läsnäolon, jolla on sama spesifisyys kuin Bicoidilla . . Tällaisia organismeja ovat Tribolium -kuoriainen ja Nasonia- ampiainen . [13]