Em formação

Regulação bicóide de corcunda


Estou aprendendo sobre desenvolvimento por meio do exemplo de Drosófila embriogênese. Eu entendo que bicoid regula corcunda, entre outros genes. Minha dúvida se a regulação é direta ou indireta? Em outras palavras, o nível de bicoid governa diretamente a expressão de corcunda ou há etapas intermediárias?


Estes dois papéis[1] [2] argumentar que bcd é um ativador direto de hb, embora esteja ciente de que isso não exclui eventos downstream feed back para ativar ainda mais hb. (Na verdade, dada a complexidade da rede de genes embrionários, é provável que ambos os mecanismos tenham uma função.)

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Organismo modelo: Drosophila melanogaster

3 horas
1) Mesoderm formas de tecido ventral.
2) intestino médio de endoderma nas extremidades anterior e posterior.
3) Ectoderma permanece do lado de fora.

Drosophila melanogaster: gastrulação
o tubo mesodérmico formas do tecido ventral, em seguida, as células se separam e se movem para locais internos sob o ectoderma.
O mesoderma torna-se tecido muscular e de conexões.

Em insetos, o cordão nervoso encontra-se ventralmente (vertebrados: dorsal).
Neuroblastos forma uma camada entre o mesoderma e o ectoderma externo.
o intestino médio (anterior e posterior) crescem de fios e se fundem.
= intestino médio anterior e posterior
Ectoderma torna-se epiderme.
Sem divisão celular ocorre durante a gastrulação, mas a divisão reinicia depois.

Drosophila melanogaster: segmentação
o germband (blastoderme ventral) é a região principal do tronco.
O processo de extensão de banda germinativa empurra a extremidade posterior sobre o lado dorsal.
Os primeiros sinais de ranhuras de segmentação parecem delinear parassegmentos que dão origem a segmentos.
Os segmentos são formados a partir da parte posterior de um parassegmento e da parte anterior do próximo.
Existem 14 parassegmentos: 3 boca, 3 tórax, 8 abdominais.

Drosophila melanogaster: larvas
As larvas eclodem 24 horas após a fertilização.
As estruturas larvais dignas de nota incluem.
A extremidade anterior é o acron.
A extremidade posterior é o telson.
Junto com a cabeça, a larva possui 3 segmentos torácicos e 8 segmentos abdominais.
O lado ventral das larvas tem cintas denticulares, remendos alternados de pêlos do dentículo e cutícula em cada segmento, usados ​​para locomoção.

Drosophila melanogaster: metamorfose
Três estágios de vida larval são separados por mudas.

1º instar - (Molt) -> 2º instar - (Molt) -> 3º instar

Larvas de terceiro instar formam pupas (pupação) sofrer metamorfose.
Os tecidos adultos surgem de discos imaginais e histoblastos.
Os discos imaginais são pequenas folhas de epiderme (

40 células de cada blastoderme celular) que crescem ao longo da vida larval.
6 pernas, 2 asas, 2 haltere, 2 antenas oculares, além de órgãos genitais, discos de cabeça e

10 histoblastos (ninho de células no abdômen que dão origem aos segmentos abdominais).

Desenvolvimento da drosófila: o plano corporal
Os genes que controlam o desenvolvimento em Drosophila são muito semelhantes aos que controlam o desenvolvimento em vertebrados.
Drosophila é o sistema de desenvolvimento mais bem compreendido, com grande impacto em nosso conhecimento de todo o desenvolvimento. (por exemplo, os genes Hox foram encontrados pela primeira vez em Drosophila.)
A simetria bilateral é estabelecida pelos eixos A / P e D / V.
A larva possui um acrônio anterior, três segmentos torácicos e oito abdominais e um télson posterior.
O padrão inicial ocorre no blastoderma sincicial e se torna multicelular no início da segmentação.
Gradientes de concentração de proteínas (fatores de transcrição) podem se difundir, entrar nos núcleos e fornecer informações posicionais.

Técnica: Mutagênese e triagem genética
Embora os mutantes possam surgir espontaneamente, a mutação induzida e o rastreio tornaram-se a forma padrão de identificar genes importantes para o desenvolvimento.
Para gerar mutantes em um gene específico, um mutagênico químico, como metanossulfonato de etila (EMS), é alimentado para um grande número de moscas machos.
As células espermáticas desses machos são expostas ao mutagênico.
Os machos são cruzados com fêmeas que carregam um cromossomo balanceador do gene de interesse.
Os indivíduos portadores de um cromossomo mutagenizado e um balanceador são isolados.
Eles são cruzados para indivíduos portadores do cromossomo balanceador.
Na próxima geração, os descendentes que carregam o cromossomo mutagenizado e o cromossomo balanceador (heterozigotos balanceados) são cruzados.
A progênie homozigótica é examinada e irmãos heterozigotos balanceados são selecionados para manter a linhagem.

Desenvolvimento da drosófila: genes maternos e zigóticos
Os genes maternos estabelecem os eixos do corpo.
Produtos de genes maternos, mRNAs e proteínas são expressos no ovário.
Os genes zigóticos são expressos por um embrião.
Cerca de cinquenta genes maternos configuram os eixos A / P e D / V: a estrutura da informação posicional (distribuições espaciais de RNA e proteínas).
Os genes zigóticos respondem à expressão gênica materna.
Primeiro, regiões amplas são estabelecidas, depois domínios menores (com um conjunto único de atividades do gene zigótico) em uma hierarquia de atividade do gene.

Desenvolvimento da drosófila: o eixo A / P
Três classes de genes maternos configuram o eixo A / P
Os genes expressos pela mãe distinguem o anterior do posterior.
Mutantes de efeito materno resultam em fêmeas que não podem produzir progênie normal.
Três classes de mutantes são 1) anterior, 2) posterior e 3) classes terminais.
Classe anterior: perda de cabeça e tórax (às vezes substituído por posterior).
Classe posterior: perda de segmentos abdominais.
Classe terminal: acron e telson ausentes.
bicoid, corcunda, nanos e caudal são fundamentais para o eixo A / P.

Desenvolvimento da drosófila: genes maternos
bicoid é sequestrado no oócito durante a oogênese.
bicoid define um gradiente morfogênico A / P e controla os primeiros passos no desenvolvimento do embrião e, portanto, é essencial para o organismo em desenvolvimento.
O mRNA bicoid está localizado na extremidade anterior do ovo não fertilizado.
Após a fertilização, o mRNA é traduzido e um gradiente de concentração é formado ao longo do eixo A / P.
bicoid foi a primeira evidência de um gradiente de morfogênio.

Desenvolvimento da drosófila: pistas para o papel do bicoid
1) fêmeas bicoid (bcd) põem ovos que dão origem a embriões sem cabeça e tórax (e têm um télson anterior).
2) Embriões sem citoplasma anterior se assemelham a acima.
3) embriões bcd resgatados por injeções de citoplasma anterior.
4) O citoplasma anterior pode induzir segmentos ectópicos da cabeça e do tórax por injeção no meio de um ovo bicoide.
5) a hibridização in situ mostra que o RNA bicoide está na parte anterior do ovo não fertilizado (ligado ao citoesqueleto).
6) Proteína que não está no ovo, forma gradiente A / P após a fertilização.
7) bicoid: fator de transcrição e morfogênio amp.
8) outros genes maternos do grupo anterior (grupo 1) estão envolvidos na localização bicoid e no controle translacional.

O padrão posterior é controlado por nanos e gradientes de proteína caudal amp (grupo 2)
nanos mRNA está localizado no pólo posterior do ovo.
nanos NÃO é um morfogênio como bicoide, mas atua para suprimir a tradução de outro gene materno, corcunda (hb).
corcunda é maternal (presente em níveis baixos no embrião) E zigótico (o último é ativado por níveis altos bicoid).
nanos (e pumilio) se ligam ao mRNA de hb para evitar a tradução.
o mRNA caudal é distribuído uniformemente.
O gradiente P-A da caudal é estabelecido pela inibição da síntese protéica caudal por bicoid.
[bcd e hb correm em gradientes de A a P e amp caudal correm de P a A.]
Os extremos anterior e posterior são especificados pela ativação do receptor da superfície celular

Os genes maternos do grupo 3 especificam as regiões do acrônio e do télson.
os mutantes do torso não desenvolvem regiões de acrônio nem de télson.
o tronco codifica uma proteína receptora uniformemente distribuída que é ativada pelo ligante presente apenas nas partes anterior e posterior da membrana vitelina.
O ligante é liberado após a fertilização.
torso (um receptor tirosina quinase) sinaliza para dirigir a expressão do gene zigótico terminal.
A polaridade D / V é devida às proteínas da membrana vitelina.
Na fertilização, uma proteína depositada na membrana vitelina ventral inicia uma série de reações que, em parte, ativa (corta) o respingo: o ligante para o receptor uniformemente distribuído Toll.

dorsal fornece informações posicionais ao longo do eixo D / V
dorsal fornece informações posicionais ao longo do eixo D / V
No blastoderma sincicial, dorsal (um fator de transcrição) é ativado e entra nos núcleos próximos.
Dorsal está em maior concentração nos núcleos ventrais (pouco ou nenhum está presente nos núcleos dorsais).
Toll sinaliza a degradação do cacto protéico materno.
Sem sinal de pedágio, o cacto se liga dorsal para mantê-lo no citoplasma.
Dorsal e cacto são homólogos do vertebrado NF-kappa-B e I-kappa-B.

Polarização dos eixos do corpo durante a oogênese
Polarização dos eixos do corpo durante a oogênese
No germário, uma célula-tronco dá origem a 16 células por quatro divisões mitóticas que se tornam o oócito e 15 células nutridoras, todas as quais são conectadas por pontes citoplasmáticas.
Uma bainha de células foliculares somáticas envolve as células nutridoras e o oócito para formar a câmara do ovo que segregam a membrana vitelina e a casca do ovo.
Os sinais das câmaras de óvulos mais velhos atuam para polarizar os mais jovens.
Alguns sinais comuns estão aqui.

Os eixos A / P e D / V do oócito são especificados por interações com células foliculares
O oócito induz as células foliculares a adotarem o destino posterior e as células do folículo anterior não estão em contato com o oócito.
O sinal do oócito para as células foliculares é a proteína gurken, um membro da família TGF-alfa.
gurkin se liga ao torpedo, um receptor tirosina quinase semelhante ao receptor EGF.
As células foliculares sinalizam de volta para reorganizar o citoesqueleto do oócito, que direciona o mRNA bicoid para o anterior e o oskar mRNA (que especifica o plasma germinativo) e o nanos mRNA para o posterior.
Mais tarde, o eixo D / V é estabelecido por gurken (novamente) que sinaliza para estabelecer células foliculares dorsais (que não produzem as proteínas de células foliculares ventrais necessárias para estabelecer destinos embrionários ventrais).

O eixo A / P é dividido em amplas regiões por genes gap
Os genes gap, os primeiros genes expressos ao longo do eixo A / P, são fatores de transcrição.
Os genes gap são iniciados por bicoid no blastoderma sincicial.
corcunda atua para ajudar a ligar os outros genes gap (gigante, Kruppel e knirps).
Mutantes de genes gap possuem grandes seções do padrão corporal ausentes.
As proteínas do gene gap têm vida curta (meia-vida de minutos) e se estendem apenas ligeiramente para fora de onde o gene é expresso (distribuição da concentração em forma de sino).

proteína bicoid sinaliza expressão de corcunda anterior
A expressão do corcunda zigótica ocorre na metade anterior do embrião.
A supressão na metade posterior produz um gradiente que vai de A a P.
A expressão anterior é ativada por altos níveis de bicoid.
O aumento da expressão bicoid anterior resultará na extensão do gradiente corcunda em direção à metade posterior do embrião.
bicoid (fator de transcrição do homeodomínio) liga-se diretamente ao promotor corcunda em vários lugares.

corcunda ativa e reprime outros genes gap
Kruppel é ativado por uma combinação de bicoid e baixos níveis de corcunda, mas é reprimido por altos níveis de corcunda.
Isso localiza a expressão de Kruppel no centro do embrião.
knirps é reprimido por altos níveis de corcunda.
Desse modo, os gradientes iniciais de morfógenos podem levar ao estabelecimento de regiões dentro do blastoderma sincicial que, por sua vez, levam ao início da segmentação.

Técnica: drosófila transgênica
A transformação do elemento P é realizada por meio da clonagem de uma sequência de interesse (região genômica, cDNA ou fusão região de controle / gene repórter) e um gene marcador (frequentemente o gene branco) em um elemento P transponível clonado.
O DNA clonado junto com uma fonte de transposase (plasmídeo auxiliar) são injetados no plasma do pólo de um embrião em estágio inicial.
Se incorporada na linha germinativa, a progênie do indivíduo injetado que expressa o gene marcador pode ser selecionada.
Eles também carregam o transgene.
A transgênese permite a manipulação da segmentação dos processos de desenvolvimento: ativação do gene pair-rule

Técnica: expressão gênica direcionada
Uma maneira de controlar a expressão do gene é fundir o promotor de choque térmico a um determinado gene.
Outro método envolve o sistema Gal4 / UAS de duas partes.
Gal4, um fator de transcrição de levedura, é fundido a sequências de controle de Drosophila por
1) clonagem de DNA recombinante (e produção drosófila transgênica)
e 2) armadilha intensificadora (integração / seleção aleatória)
para produzir o fator de transcrição em um padrão de desenvolvimento desejado
e gerar uma linha de driver.
A linha responsiva é gerada pela clonagem de uma região de codificação a jusante de várias cópias do UAS (sequência de ativação a montante) e transgênese.
Ao acasalar indivíduos dessas linhagens, o gene alvo é expresso nos momentos e locais selecionados.

A expressão do gene zigótico ao longo do eixo D / V é controlada pela proteína dorsal
dorsal direciona a expressão gênica para ativar e inativar vários genes, ligando-se aos genes reguladores de muitos dos genes que controla.
dorsal especifica as células mais ventrais como mesoderme prospectivo.
Altos níveis de dorsal ativam a torção e o caracol (necessário para mesoderme e gastrulação).
Níveis baixos de rombóide dorsal ativam (que é suprimido pelo caracol) para dar origem ao neuroectoderma.
decapentaplégico (dpp), tolloid e zerknult são suprimidos por dorsal e estão restritos às regiões mais dorsais.
zerknult especifica a amnioserosa.

Genes zigóticos modelam o embrião inicial
A região mais ventral torna-se mesoderme (músculo e tecido conjuntivo).
A ectoderme ventral torna-se neurectoderme (alguma epiderme e todo o tecido nervoso).
O ectoderma dorsal torna-se epiderme dorsal e a amnioserosa (uma membrana extra-embrionária).
O endoderma das regiões terminais, dá origem ao intestino médio.

A proteína dpp modela a região dorsal
dpp é um membro da família TGF-beta de fatores de crescimento secretados.
Após a celularização, o dpp é expresso em células que não possuem dorsal no núcleo.
Ele produz um gradiente de atividade ao se ligar a uma proteína inibidora sog (gastrulação curta).
sog é muito semelhante à proteína chordin de vertebrados.

Parassegmentos (PS) são o módulo básico do desenvolvimento da mosca
Parassegmentos surgem primeiro e cada segmento é feito da parte posterior de um PS e da parte anterior do próximo.
Parassegmentos são delimitados por genes de regras de pares de expressão periódica (PR).
Sulcos transitórios na superfície do embrião (após gastrulação) definem o 14 PS.
Parassegmentos atuam como unidades de desenvolvimento: "mosca de farinha de peça".

Genes pair-rule delimitam os parassegmentos
Os genes de regras de pares delimitam os parassegmentos e são expressos em 7 faixas transversais (a cada 2 parassegmentos).
Expressão de regra de par determinada pela atividade do gene gap para interpretar uma série de padrões de expressão ampla para fazer uma série repetida de listras.

A atividade do gene Gap posiciona listras de expressão de regra de par
Os genes de regras de pares são expressos em parassegmentos alternativos.
par-saltado define parassegmentos ímpares.
fushi-tarazu define até parassegmentos.
O padrão de expressão listrado de genes de regra de par começa logo antes da celularização.
Após a celularização, cada gene de regra de par é restrito a algumas células em sete faixas.
Alguns genes de regras de pares definem os limites do segmento.
Listras aparecem lentamente, primeiro difusas, depois tornam-se nitidamente definidas.
even-skipped é primeiro expresso em baixo nível em todos os núcleos, mas depois redefine em listras.

Cada faixa é especificada de forma independente
A segunda faixa de pares saltados (véspera) requer bicoid e amp corcunda.
o gigante reprime a véspera para formar uma borda anterior nítida.
Kruppel reprime a véspera para formar uma borda posterior nítida.
Uma vez que cada faixa é controlada de forma independente por combinações de fatores de transcrição (genes gap).
Cada gene de regra de par tem regiões de controle complexas com vários locais de ligação para cada um dos diferentes fatores.
Alguns fatores ativam e outros inativam.
Alguns requerem a atividade dos genes primários de regra de par (como véspera e cabeludo).

A 3ª e 4ª listras da véspera são altamente direcionadas pelo gradiente corcunda.

Polaridade do segmento (SP) (ou "segmentação" _ genes e compartimentos
Os genes de polaridade / segmentação do segmento são.
1) um grupo diverso de genes (não apenas fatores de transcrição),
2) são expressos em 14 listras,
3) agir após a celularização e
4) são ativados pelos genes de regras de pares.
engrailed (um fator de transcrição) é expresso na parte anterior de cada parassegmento para definir um limite de restrição da linhagem celular.
gravado é um gene seletor que confere identidade por uma duração de expressão.

Técnica: mosaicos genéticos
Um mosaico genético é um indivíduo que possui alguns tecidos que carregam células de diferentes constituições genéticas.
Realizado formalmente por meio de raios-X.
Moscas carregando uma recombinase de levedura (FLP) e sequência alvo (FRT), podem ser induzidas a formar clones de tecido mutante em um indivíduo normal.

A expressão de gravado delimita um limite de linhagem celular e define um compartimento
gravado é expresso ao longo da vida da mosca (não transitório como os genes gap e pair rule).
Um parassegmento é um compartimento no qual as células não se movem (restrição da linhagem celular).
Compartimentos pode ser detectado marcando células e seguindo os destinos dos clones (descendentes das células).
gravado define a margem anterior do parassegmento e, portanto, a porção posterior do segmento.
Limites do compartimento pode ser estudado na asa adulta que normalmente é dividida em compartimentos anterior e posterior.
Em um mosaico, as células mutantes gravadas não respeitam o "limite A / P" e as linhagens não são restritas.

Os genes de polaridade do segmento modelam os segmentos e estabilizam o parassegmento e os limites do segmento
Cada segmento larval tem um padrão A / P: a parte anterior tem dentículos, enquanto a parte posterior tem cutícula nua.
Em mutantes sem asas e hedgehog amp, a cutícula nua é convertida em uma duplicação de imagem espelhada da parte anterior para dar o fenótipo "gramado de dentículos".
Os genes de polaridade do segmento são expressos em um subconjunto restrito de células de cada parassegmento.
sem asas e hedgehog codificam proteínas altamente conservadas e fazem parte de vários sistemas de sinalização.
O limite do parassegmento depende da sinalização intercelular entre as células em ambos os lados do limite do compartimento envolvendo genes de polaridade do segmento.
O processo de padronização também é aparente nos segmentos abdominais de adultos.

Diferentes mecanismos usados ​​por outros insetos para o plano corporal
O desenvolvimento de longa banda germinativa desenvolve todos os segmentos de uma vez (Drosophila).
Desenvolvimento de banda germinativa curta (Tribolium, o besouro da farinha), os segmentos anteriores são formados na blastoderme e os segmentos mais posteriores são adicionados pelo crescimento do posterior.
As bandas germinativas maduras parecem ser semelhantes (estágio filotípico, comum aos insetos).
Embora diferentes processos de crescimento estejam envolvidos, os mesmos genes (ou seja, Kruppel, sem asas e gravados) têm funções conservadas.

Identidade do segmento: genes seletores e homeóticos
Cada segmento possui uma identidade única.
Genes seletores homeóticos especifique cada segmento para controlar outros genes e manter a identidade do segmento.
Dois complexos [ou um complexo dividido] (Bithorax e Antennapedia: os genes HOM), juntos, são homólogos aos complexos de genes HOX de vertebrados.
Identificado pela primeira vez por genes homeóticos, mutações que causam homeose, a transformação de uma estrutura em outra estrutura.
Antena para perna (Antennapedia) ou cabresto para asa (Bithorax)

Genes homeóticos do complexo bitórax (BX-C) são responsáveis ​​pelos segmentos posteriores
O complexo Bithorax (BX-C) consiste em três genes homeobox (Ubx, abd-A e amp Abd-B).
Ubx é expresso a partir de PS 5 e posterior.
abd-A é expresso em PS 7 e posterior.
Abd-B é expresso em PS 10 e posterior (e suprime Ubx).
A expressão é controlada por genes gap & amp pair-rule.
As larvas sem o complexo de bitórax completo, desenvolvem PS 5-13 como PS4, portanto, BX-C diversifica PS5-13 e PS4 é o estado padrão modificado pelas proteínas BX-C.
Os genes BX-C impõem uma nova identidade aos segmentos (genes seletores).

Experiência: Substitua os componentes do BX-C em embriões sem o complexo.
Ausência de BX-C: PS1-4, mais dez segmentos semelhantes a PS4.
Os componentes BX-C foram substituídos por expressão gênica direcionada.
Ubx apenas (ausentes abd-A e Abd-B): PS1-6 seguido por mais sete segmentos do tipo PS6.
Ubx mais abd-A (sem Abd-B): PS1-9 mais 4 segmentos PS9.
Os parassegmentos devem atuar de forma combinatória.
Enquanto os genes gap e pair-rule controlam o padrão original da expressão do gene HOM, os grupos de genes polycomb e trithorax mantêm a expressão correta desses genes após as primeiras quatro horas.
O grupo polycomb mantém a repressão transcricional de genes homeóticos.
O grupo tritórax mantém a expressão de genes homeóticos.

O complexo de antenapédia controla a especificação das regiões anteriores
O complexo antenapedia (Antp-C) consiste em 5 genes homeobox.
Antp-C controla a expressão de parassegmentos anteriores de uma maneira semelhante a BX-C nos segmentos posteriores (descrito acima).
mutantes deformados afetam PS0 e amp1.
Mutantes reduzidos de sex combs afetam PS2 e amp3 reduzidos.
Mutantes de antenapédia afetam PS4 e amp5.
Tal como acontece com os genes HOX em mamíferos, a ordem de expressão do gene HOM corresponde à ordem dos genes no cromossomo.


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Expressão gênica mediada por sequências de ação cis do gene Kr & # x000fcppel em resposta aos morfógenos bicoid e corcunda de Drosophila.

A expressão inicial do gene gap Kr & # x000fcppel (Kr) ocorre em uma região central precisamente delimitada do embrião de blastoderme de Drosophila. De acordo com a análise genética, os limites espaciais do domínio de expressão de Kr são controlados pelas atividades morfogenéticas do gene organizador anterior bicoid (bcd) e do gene gap anterior corcunda (hb). Usando a análise de fusão gênica, testamos as sequências de ação cis do gene Kr que medeiam a ativação transcricional e a expressão gênica localizada em resposta a fatores de ação trans. Um elemento de controle de Kr de 730 pb conduz a expressão do gene no lugar do domínio central de Kr endógeno. Este elemento de ação cis, Kr730, é composto de sequências responsivas de bcd e hb. Eles mapeiam em regiões de vários locais de ligação in vitro das proteínas hb e bcd. Um fragmento central de 142 pb contendo uma hb de baixa afinidade e cinco locais de ligação à proteína bcd de média a forte conduz a expressão do gene em uma localização semelhante a Kr no centro do embrião. Nossos resultados mostram que este fragmento representa um alvo para o sistema ativador / repressor redundante fornecido pelos morfógenos anteriores bcd e hb.


Bicoide, nanos e bricolagem

Os criacionistas do Design Inteligente gostam muito de diagramas como os da esquerda. Os ilustradores de livros didáticos gostam deles porque simplificam e tornam clara a organização geral dos componentes - reduzir as proteínas a ovóides suaves remove as distrações dos pontos principais - mas os criacionistas gostam deles pelos motivos errados. "Olhe para isso - é projetado! É como se Deus usasse um programa CAD para projetar sistemas biológicos complexos! "Eles gostam da implicação de que tudo é feito com precisão guiada a laser e, o mais importante, que cada peça foi projetada com intenção, para preencher uma função específica em um aparelho que parece que saiu de uma oficina mecânica de alta tecnologia em um laboratório aeroespacial da Boeing.

É claro que isso é enganoso. Organelas reais em biologia não parecem brilhantes, lisas e mecânicas, parecem, bem, orgânico, com imprecisão e variabilidade e, o mais importante, erros e desleixo. A aparência dessas máquinas biológicas não é a produção precisamente projetada de uma oficina mecânica moderna, mas como bricolagem. Bricolagem é um termo que François Jacob usou para contrastar a biologia real com a falsa impressão da natureza como engenheiro. É um termo de arte, referindo-se a construções feitas com o que está à mão, um pastiche de tudo o que é bom o suficiente ou próximo o suficiente do resultado desejado para fazer. Ele cobre tudo, desde as esculturas de Alexander Calder até aqueles souvenirs pegajosos feitos de pedaços estranhos de madeira flutuante e conchas coladas que você pode encontrar em lojas de presentes à beira-mar.

Quanto mais de perto olhamos para a biologia do desenvolvimento dos organismos, mais aparente é a natureza improvisada e improvisada de sua construção. Isso não quer dizer que não funcionem bem ou com eficiência, mas apenas que falta a assinatura da intenção. O que vemos é a função remendada com a sucata do ferro-velho. Um exemplo claro dessa propriedade é um gene, nanos, no Drosófila.

Primeiro, uma breve revisão. Anteriormente, escrevi sobre genes de efeito materno. Alguns genes, os genes de efeito materno, são expressos no genoma da mãe e são essenciais para empacotar informações no ovo antes de ele ser posto. O exemplo que usei foi bicoid, um gene que é expresso nos ovários da mosca-mãe e que produz um produto gênico que é armazenado em alta concentração na parte frontal do ovo e em baixa concentração na extremidade posterior. Quando o embrião está se desenvolvendo, as células podem detectar a concentração de bicoid e ativam seus próprios genes zigóticos de acordo. Os primeiros genes zigóticos na mosca são chamados de genes gap e ativam-se em faixas discretas ao longo do embrião. Por exemplo, um gene gap é chamado corcunda, e é ativado apenas onde o bicoid a concentração é alta, na extremidade anterior, e não é ativada na metade posterior do embrião, e há outros genes que estão ativos apenas na metade posterior e são desativados na parte frontal.

A história é um pouco mais complicada do que isso. Existe este adorável gradiente de bicoid o morfogênio que é essencial para especificar a extremidade anterior do animal perde-o por mutação, e o embrião não consegue fazer uma cabeça. Porém, existe também um gradiente posterior, substância que está em alta concentração no dorso e baixa na frente, essencial para a especificação das estruturas posteriores. Essa substância é chamada nanos, outro gene de efeito materno. Moscas com um mutante nanos gene produz embriões sem abdômen.

Então, a mosca na verdade tem dois gradientes complementares, um dos bicoid e outro de nanos, ambos essenciais para determinar a organização ântero-posterior do animal. A mosca investe muito esforço para configurar esses gradientes, há um exército de genes (Staufen, Valois, Oskar, vasa, tudor, para citar alguns) dedicado a garantir que o nanos gradiente está configurado corretamente, e outro, smaug, que funciona para prevenir qualquer nanos que vaza para os lugares errados de se expressar. Obviamente, nanos são coisas de missão crítica que precisam estar exatamente no lugar certo na hora certa. O que isso faz?

Eu já expliquei o que bicoid faz: é um fator de transcrição que se liga ao DNA e ativa e desativa os genes. Nanos é um pouco estranho. Tudo o que faz, tanto quanto sabemos, é vincular a corcunda RNA e modificá-lo para que não possa ser traduzido. É isso. É um inibidor de corcunda atividade.

O motivo da necessidade da mosca também está ilustrado no diagrama acima. Há bicoid alto na extremidade anterior, e nanos alto na extremidade posterior, e. corcunda por todo o lugar. Lembre-se que eu te disse isso corcunda é um zigótico gene que é ativado no embrião em resposta a bicoid? Isso é verdade, mas há outra complicação: a mosca mãe também embala o ovo com um baixo nível de materno corcunda RNA. Não sabemos por quê. Parece um tanto inútil e, na verdade, interfere no desenvolvimento normal. Se nanos não está presente, são os níveis elevados de corcunda na extremidade posterior do embrião, que confunde as células ali, e as faz se desenvolver em estruturas mais anteriores. O que nanos proteína faz é ilustrado aqui - ele simplesmente purga corcunda da extremidade posterior do embrião.

Há um experimento revelador que revela o quão trivial a função de nanos é. Podemos fazer moscas no laboratório que carecem de nanos. Podemos fazer moscas que carecem de maternal corcunda. Podemos fazer moscas que faltam Ambas materno nanos e maternal corcunda, e aqui está o kicker, essas moscas produzem embriões que se desenvolvem completamente normalmente. Materno corcunda O RNA é um erro, um pouco desleixado de secreção desnecessária que não faz nada pelo embrião, e nanos é um mecanismo elaborado de Rube-Goldberg que foi corrigido para corrigir o erro estúpido.

Agora, se eu fosse um designer inteligente construindo uma mosca do zero e visse esse pequeno defeito de design, a maneira como eu o corrigiria seria a mais óbvia: eu consertaria os ovários da mosca para que não driblassem uma proteína completamente inútil no ovo. Eu não montaria um complexo de meia dúzia de proteínas que foram integradas ao citoesqueleto e bombearam um corcunda-supressor para o lugar certo, com outras proteínas flutuando ao redor para garantir que meu corcunda- o supressor não causou danos nos locais onde corcunda deve estar ativado.

Como Projeto, a nanos gradiente posterior simplesmente não faz sentido. Como bricolagem, no entanto, é perfeitamente razoável. A evolução não exige uma solução melhor ou elegante, apenas uma que funcione bem o suficiente. Suspeitamos que outros insetos têm gradientes mais essenciais de informação posicional posterior, e que Drosófila herdou esse mecanismo de ancestrais que dependiam mais dele. As moscas têm algumas peculiaridades em seu desenvolvimento, porém, e passaram a depender cada vez mais da bicoid gradiente, e o sistema de gradiente posterior está perdendo importância. Nanos localização é um módulo que está instalado no Drosófila ferro-velho, e agora persiste para compensar uma pequena folga no sistema de empacotamento de mRNA dos ovários.


Regulação bicóide do corcunda - Biologia

Os genes de polaridade citoplasmática especificam amplamente as regiões anterior, posterior e terminal. As informações nesses amplos gradientes de morfogênio são usadas para especificar regiões menores de expressão gênica pelos genes GAP. Mutações que resultaram na exclusão de vários segmentos adjacentes foram classificadas na categoria GAP. Generally the area of gene action corresponded to the "missing" segments in the mutant animal. An example of this is shown at right. The GAP gene Kruppel is expressed in middle region of the developing embryo fated to give rise to the anterior segments. In Kruppel mutants these anterior segments are missing. This pattern of the region of gene expression correlating strongly with missing pattern elements is also see in Pair Rule and Segment Polarity genes. Below you can see examples of Pair rule gene expression in 7 stripes, ftz, and the resulting pattern defects seen in every other segment of the larval cuticle. Similarly, the segment polarity gene engrailed is expressed in the posterior compartment of each of the 14 segments and the resulting pattern defects are associated with the posterior part of each segment.

The cytoplasmic polarity and GAP gene morphogen gradients are used to specify the 7 stripes of pair rule gene expression (there are about 8 pair rule genes that are each expressed in 7 stripes across the future 14 segmental domains of the embryo. In the figure below and right you can see how the bicoid, giant, hunchback, and kruppel morphogen gradients can be used to specify even-skipped (eve) stripe 2 in parasegment 3. Just by seeing the location of the eve expression domain and knowing the shape and position of the cytoplasmic polartity and GAP morphogen gradients we can make reasonable predictions about gene interactions responsible for specifying the eve stripe 2.


Bicoid regulation of hunchback - Biology

Anterior-Posterior axis formation in Drosophila

The process of segmentation along the anterior-posterior axis of Drosophila is controlled by the hierarchical interaction between five sets of genes. These are the maternal-effect, gap, pair-rule, segment-polarity and the homeotic genes. We have briefly discussed these group of genes in class but it is my intention, in the next series of lectures, to teach you the molecular mechanisms involved in the generation of the anterior-posterior axis in the Drosophila embryo.

stripe 2 and of the four proteins that regulate its expression. The coordinated effect of the two repressors (↓) and two activators (↑) determine the precise boundaries of the second anterior Eve stripe. Expression of other stripes is regulated independently by other combinations of transcription factors encoded by maternal and gap genes. Below that is a simplified diagram of the 815-bp regulatory region controlling transcription of the stripe 2 of eve. This region contains binding sites for Bicoid and Hunchback proteins, which activate transcription of véspera, and for Giant and Kr ppel proteins, which repress transcription. [We will be discussing the experiments leading to these findings in the next lecture. See S. Small et al., 1991, Genes & Devel. 8:827.]

Fig. 2 . bicoid mRNA is stable for at least 12 days in retained oocytes and for at least 8 h in activated, unfertilized eggs. Polyadenylated mRNAs were prepared from ovaries of 3BA transgenic females that retained their oocytes for 0, 4, 8, or 12 days (A) and from laid (activated), unfertilized eggs from 3BA transgenic females, 0 to 2, 2 to 4, 4 to 6, or 6 to 8 h after oviposition (B), and analyzed on Northern blots with bicoid and rpA1 mRNA probes. Similar results were obtained in at least two independent experiments. Identical results were obtained for the 3BA hybrid mRNA (data not shown). rpA1 mRNA served as a loading control. mRNA sizes:bicoid mRNA, 2.6 kb rpA1 mRNA, 0.6 kb. Fig. 3 . bicoid mRNA is stable during the first 2 h of embryogenesis and is rapidly degraded after this time. (A) Polyadenylated RNAs prepared from 0- to 1-, 1- to 2-, 2- to 3-, and 3- to 4-h-old embryos were analyzed on a Northern blot probed withbicoid and with rpA1 mRNA as a loading control. mRNA sizes are indicated in the legend to Fig. 2. (B) This histogram represents a quantitative analysis of data from seven independent experiments similar to the experiment presented in panel A. The intensity of thebicoid (bcd) mRNA signal (relative to the 0- to 1-h signal, given in arbitrary units) was plotted versus the time of development, in hours. o bicoid mRNA signals were normalized to those of the rpA1 loading control. Error bars represent standard deviations.

UMA bicoid mRNA destabilizing sequence is contained in the 3′ half of the message.

Fig. 4 . 5B mRNA is significantly more stable thanbicoid mRNA, while 3B and BBT mRNAs are unstable. Polyadenylated RNAs prepared from 0- to 1-, 1- to 2-, 2- to 3-, and 3- to 4-h-old embryos derived from 5B, 3B 5T, and BBT transgenic flies were analyzed on Northern blots hybridized with bicoid and rpA1 or tubulin mRNA probes. The rpA1 and tubulin signals served to quantify the amount of RNA analyzed in each lane. mRNA sizes:bicoid mRNA, 2.6 kb 5B mRNA, 1.5 kb 3B mRNA, 1.9 kb BBT mRNA, 2.2 kb and rpA1 mRNA, 0.6 kb. Fig. 5 . The 3′ half of bicoid mRNA contains the main destabilizing element. Each histogram represents the quantitative analysis of experiments such as those shown in Fig. 4 and combines data from at least three independent experiments. The intensities ofbicoid (bcd) mRNA signals (relative to the 0- to 1-h signal, given in arbitrary units) were plotted versus the time of development, in hours. The abundance of bicoid mRNA was normalized to rpA1 or tubulin loading controls. Error bars represent standard deviations. No standard deviation is shown for 3B, since the histogram shows the quantification of one experiment. However, the same result as for 3B was obtained for 5T, a fusion with the tubulin gene containing exactly the same bicoid sequence.

The main BIE is contained within the 92 nucleotides immediately following the translation termination codon.

Fig. 6 . 3BA and 3BD mRNAs are unstable, while 3BB and 3BC mRNAs are stable. Polyadenylated RNAs prepared from 0- to 1-, 1- to 2-, 2- to 3-, and 3- to 4-h-old embryos from 3BA, 3BB, 3BC, and 3BD transgenic flies were analyzed on Northern blots hybridized with bicoidand rpA1 mRNA probes. rpA1 mRNA served as a loading control. mRNA sizes: bicoid mRNA, 2.6 kb 3BA mRNA, 1.2 kb 3BB mRNA, 1.8 kb 3BC mRNA, 1.4 kb 3BD mRNA, 1.6 kb and rpA1 mRNA, 0.6 kb. Fig. 7 . The main bicoid mRNA destabilizing element is located within the first 43 nucleotides after the stop codon. Each histogram represents the quantitative analysis of experiments such as those shown in Fig. 8 and combines data from at least three independent experiments. The intensities of the bicoid (bcd) mRNA signals (relative to the 0- to 1-h signal, given in arbitrary units) were plotted versus the time of development, in hours. The abundance of bicoid mRNA was normalized to the rpA1 loading control. Error bars represent standard deviations.

The main instability element is distinct from the NRE.

Fig. 8 . Deletion of the NRE does not affect bicoidmRNA stability. The hollow arrow in the diagram at the top indicates the position of the NRE sequence that was deleted from thebicoid gene. Polyadenylated RNAs were prepared from control (0- to 1-h-old untransformed embryos) and 0- to 1-, 1- to 2-, 2- to 3-, and 3- to 4-h-old embryos from ΔNRE transgenic flies. The RNAs were hybridized with an oligonucleotide (Table 1) complementary to a sequence missing in the ΔNRE construct and digested with RNase H. The RNAs were analyzed on a Northern blot hybridized with bicoid(bcd) and rpA1 mRNA probes. o bicoid mRNA is cleaved into two fragments of 1.6 and 1.0 kb, while the ΔNRE mRNA is unaffected by the treatment. rpA1 mRNA served as a loading control. The control lane shows that wild-type bicoid mRNA is cleaved to completion by the RNase H treatment. mRNA sizes: ΔNRE mRNA, 2.6 kb, and rpA1 mRNA, 0.6 kb.

The BIE is sufficient to destabilize an otherwise-stable mRNA.

Fig. 9 . The BIE is sufficient to confer regulated instability on a heterologous mRNA. (Top) Schematic diagram of the constructs used to obtain transgenic flies. Stippled rectangles, rpA1 gene UTRs black rectangles, rpA1-coding regions white rectangles, 500-nucleotide-long fragments from the transferrin gene (3′ UTR TfR) inserted to tag the recombinant gene arrows, the 43-nucleotide BIE (BIES, right-pointing arrow BIEA, left-pointing arrow). (Middle) Representative Northern blots of total RNA extracted from synchronized embryos (ages are at the bottom of each lane) from transgenic flies carrying either the BIES or the BIEA construct. (Bottom) Graphs showing quantification of three independent experiments similar to those shown in the middle part. Error bars represent standard deviations.

Discussão

Molecular Requirements for the Patterning Activity of the AncBcd HD in Drosófila

In this article, we used an in vivo Drosófila rescue assay to study the impact of the historical coding sequence changes on the evolution of Bcd HD’s developmental functions. By making chimeric HDs between the AncZB (no function) and the AncBcd (full function) HDs, we showed that the substitutions in at least three separate subdomains (NT, H1, and RH) must be combined for full patterning activity.

AncBcd evolved to suppress translation of Cad and activate transcription of a large number of target genes at different positions along the AP axis of the embryo. Our results shed light on the molecular requirements for both of these activities. The R54 residue in Bcd was previously shown to be required for Cad suppression ( Niessing et al. 2000), but our data suggest that it is not sufficient, even in combination with the other eight forward substitutions in the RH of AncBcd (AncZB_RH) However, by combining the RH substitutions with several different sets of substitution in the NT and/or H1 or substituting all diagnostic residues across all subdomains, variable levels of suppression were achieved ( supplementary fig. S4 , Supplementary Material online). The impact of the level of suppression on rescue potential and patterning is not known, and will be addressed by future experiments.

At the transcriptional level, it was previously shown that inserting K50 alone into the AncZB HD caused the activation of only three of eight tested target gene responses, whereas the double substitution (K50R54) increased that number to five ( Liu et al. 2018). In this article, we show that substituting all nine amino acids from the RH of AncBcd HD into AncZB resulted in the activation of all tested target genes except eve stripe 1 and the splitting of the anterior domain of gt into two stripes ( fig. 2P). Moreover, all activated Bcd-dependent expression patterns were anteriorly shifted. Combining substitutions in the RH with those in NT and/or H1 had major effects on the gene expression patterns: they led to the activation of véspera stripe 1, and extended or shifted critical expression patterns into more posterior positions, which might have allowed for splitting of the anterior gt domínio.

The correlation between target gene expansion and rescue activity is most easily observed for the target gene hb, which encodes a critical cofactor for activation of all Bcd-dependent target genes ( Simpson-Brose et al. 1994 Ochoa-Espinosa et al. 2005 Porcher and Dostatni 2010 Schroeder et al. 2011), and functions as an important repressor to prevent posterior gap gene expression in anterior regions of the embryo ( Hülskamp et al. 1990 Struhl et al. 1992 Wu et al. 2001 Yu and Small 2008). In embryos carrying constructs that fail to fully rescue to adulthood, hb pbps are located between 82% and 67% EL, whereas embryos carrying constructs with full rescue activity form hb pbps at the posterior limit of this range (68% EL) or farther posterior. Curiosamente, o CH(NT-H1-H2-RH) construct, which rescues to adulthood with a frequency similar to that observed for the AncBcd HD control, forms a hb pbp at 63%. We propose that the position of ∼65% EL establishes the minimal amount of embryonic space required for the correct placement of gap and pair-rule stripes, robust formation of cephalic structures, and ultimately survival to adulthood. The pbp at 65% EL is significantly more anterior than those directed by the control AncBcd construct (54% EL, fig. 4P) or wild-type embryos (54% Chen et al. 2012), but is very close to the hb pbp in embryos laid by heterozygous bcd females (∼61% EL), which survive with high penetrance ( Liu et al. 2013). How interactions between the RH and other HD subdomains cause posterior extensions of the zygotic hb domain is not clear they could indirectly modify the DNA-binding preferences of the HD or mediate interactions with maternal cofactors such as Hb or Zelda, both of which are critical for Bcd’s in vivo functions in Drosófila ( Simpson-Brose et al. 1994 Porcher and Dostatni 2010 Xu et al. 2014 Hannon et al. 2017 Mir et al. 2017 Datta et al. 2018).

Evolution of the AncBcd HD through Suboptimal Intermediate Steps

An ancient duplication of AncZB led to the evolution of the K50 HD protein Bcd as a key regulator of anterior development in the Cyclorrhaphan suborder of the Diptera ( Stauber et al. 1999). No other suborders of the Diptera or other insects contain Bcd in these insects, maternal Bcd’s roles in anterior patterning must be fulfilled by other gene(s). In the jewel wasp Nasonia, Bcd-like activity is provided by maternal Orthodenticle (Otd), another K50 HD protein. Unlike Bcd, Otd is highly conserved, and because it binds in vitro to DNA sequences similar to those bound by Bcd, it has been proposed that Bcd evolved to take over regulation of an ancestral Otd-dependent network ( Lynch and Desplan 2003). No Drosófila, otd became a Bcd target gene, and has maintained a critical role in the specification of head segments ( Gao and Finkelstein 1998 Datta et al. 2018).

Our data show that changes in the AncZB HD changed its DNA and RNA binding activities, and allowed it to bind RNA, gain new target genes, and acquire novel roles in patterning thoracic and abdominal segments. Importantly, the evolution of Bcd occurred specifically in the Cyclorrhaphan lineage. In other species, proteins unrelated to Bcd and Otd (e.g., a homolog of Odd-paired in the drain fly Clogmia, and a cysteine clamp protein in the midge Chironomus) have been proposed as important maternal factors involved in anterior embryo patterning ( Klomp et al. 2015 Yoon et al. 2019). Together these studies suggest that the earliest events of embryo patterning are dynamically changing during the process of evolution.

Our data show that robust patterning function of the AncBcd from AncZB is achieved by combining forward substitutions in three subdomains (RH, NT, and H1). It seems impossible that critical amino acid substitutions in all three subdomains occurred simultaneously at some point in the evolution of the AncBcd HD. However, we propose that critical substitutions in each of the three might have occurred in a specific temporal order, each of which endowed the protein with a novel property that could be positively selected in evolving flies ( fig. 5).

A proposed multistep pathway for the evolution of the AncBcd HD. Orange arrows represent amino acid substitutions in individual subdomains. In the first step, initial substitutions in the RH changed the DNA-binding preferences of the HD, and allowed it to bind to RNA. In a second step, these initial substitutions were followed by additional changes in either the NT or the H1 subdomain, each of which could have significantly augmented the in vivo activities of the evolving HD in a small percentage of embryos. In a third step, substitutions in the unchanged subdomain (H1 for RH+NT or NT for RH+H1) would further increase patterning activity and raise the survival rate to almost control levels.

A proposed multistep pathway for the evolution of the AncBcd HD. Orange arrows represent amino acid substitutions in individual subdomains. In the first step, initial substitutions in the RH changed the DNA-binding preferences of the HD, and allowed it to bind to RNA. In a second step, these initial substitutions were followed by additional changes in either the NT or the H1 subdomain, each of which could have significantly augmented the in vivo activities of the evolving HD in a small percentage of embryos. In a third step, substitutions in the unchanged subdomain (H1 for RH+NT or NT for RH+H1) would further increase patterning activity and raise the survival rate to almost control levels.

Assuming that the ancestral network was controlled by a K50 HD protein such as Otd ( Lynch and Desplan 2003), we propose that the first step involved multiple substitutions in the RH, including q50>K and m54>R. The codons for Q (Gln: CAA and CAG) and K (Lys: AAA and AAG) differ by only one base, so the q50>K transition involved only a single base-pair substitution that would have dramatically changed the evolving protein’s DNA-binding preference. Reverse substituting or mutating K50 completely abolishes AncBcd HD function ( Liu et al. 2018), which means that the effects of all other substitutions in the evolving HD were dependent on keeping the K50 residue intact. If this substitution occurred in an ancestral fly with an Otd-dependent anterior patterning network, the evolving protein would be immediately available to bind to many Otd-dependent target genes, which might have provided a selective advantage. The m54>R substitution, which also involves a single base change (AUG to AGG), might have refined DNA-binding specificity to increase the number of activated target genes, and set the stage for other substitutions that allowed the AncBcd HD to bind to RNA. K50 and R54 are present together only in Bcd HDs ( Noyes et al. 2008), consistent with the possibility that this combination might have been under positive selection. In addition to the q50>K and m54>R substitutions, there are seven other amino acid differences between the RH subdomains of AncZB and AncBcd. It is not clear which of these are required for AncBcd HD function, or when they appeared historically. However, one combination of six substitutions tested here (AncZB_RHdiag) reduced HD activity compared with the K50R54 double substitution. This result suggests that interactions between amino acids constrained the historical order of substitutions in the RH subdomain.

Although robust HD activity requires substitutions in three subdomains, forward substitutions in either NT or H1 substantially augment the rescue activity generated by changes in the RH alone. Specifically, AncZB HDs containing either combination (RH+NT or RH+H1) rescue a small percentage of embryos that survive to adulthood ( fig. 3J). We propose that the addition of substitutions in either NT or H1 represent alternative second steps in the historical evolution of AncZB HD ( fig. 5). Either combination (RH+NT or RH+H1) would have generated a suboptimal intermediate HD configuration that could have been positively selected for and stabilized, perhaps by increasing the fitness of a subpopulation in specific physical/environmental conditions. Once stabilized, in a third step, substitutions in the other critical subdomain (H1 for the NT+RH intermediate, for example) would further increase HD activity and robustness of the evolving HD.

Limitations and Challenges for the Future

Our results shed light on the mechanisms involved in the evolution of the AncBcd HD, but are limited by the fact that all chimeric HDs were inserted into the modern-day Drosófila Bcd protein. As such, these experiments do not take into account the evolution of other parts of the protein, which show even greater levels of amino acid sequence divergence. Further, all our experiments were performed in modern-day Drosófila embryos, and do not take into account changes in the cis-regulatory elements of target genes that coevolved with the AncBcd protein. However, as the genome sequences of more insects become available, it should be possible to use reconstruction strategies to define the ancestral sequences of the complete AncBcd protein and the regulatory regions it interacts with. Furthermore, the ever-increasing use of CRISPR/Cas9 techniques for gene editing in nonmodel organisms should allow for testing ancestral protein and regulatory sequences in multiple insect species. Although these methods cannot create the ancestral systems themselves, they should make it possible to discover general features that permit a transcription factor and its target regulatory sequences to coevolve.


Eve stripe 2

The gene even-skipped (véspera) is expressed in 7 bands or stripes corresponding to 7 of Drosophila's 14 segments (skipping the even-numbered ones). The photo (courtesy of Peter A. Lawrence and Blackwell Scientific Publications) shows the 7 stripes of véspera activation.

At first the gene is expressed in fairly broad zones, but in time its expression becomes restricted to ever-narrower stripes. The mechanism by which this occurs is known for the second stripe.

o véspera promoter has binding sites for the proteins encoded by bicoid (bcd), hunchback (hb), giant (gt) e Krüppel (Kr).

  • Binding of bicoid e hunchback proteins stimulates transcription of véspera.
  • Binding of giant e Krüppelrepresses transcription.

Trapped in a valley between high levels of the giant and Krüppel proteins, expression of véspera in the second stripe finally becomes limited to a band of cells only one cell thick. (A different set of promoter sites is used in the third eve stripe so expression is not repressed there.)In principle, then, such a system of interacting gradients of transcription factors could act as on-off switches, which in time partition the embryo into its future segments.

Drosophila development (and probably that of animals in general) passes through three rather different (although often overlapping) phases:

  • establishing the main axes (dorsal-ventral anterior-posterior left-right). This is done by gradients of mRNAs and proteins encoded by the mother's genes and placed in the egg by her.
  • establishing the main body parts such as the notochord and central nervous system in vertebrates.and the segments in Drosophila (discussed here). These are run by genes of the zygote itself.
  • filling in the details that is, building the various organs of the animal. (Our example will include the wings, legs, and eyes of Drosophila.)


Assista o vídeo: três exercícios para diminuir a corcunda (Dezembro 2021).