Посещений:
МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ

Градиент мРНК Bicoid

Follow the mRNA: a new model for Bicoid gradient formation
Howard D. Lipshitz
Nature Reviews Molecular Cell Biology 10, 509-512 (August 2009) | doi:10.1038/nrm2730

Morphogens are molecules that specify cell fate in a concentration- dependent manner. A classic example is the Bicoid (BCD) protein, for which the prevailing model is that translation of bcd mRNA occurs from a point source at the anterior pole of the Drosophila melanogaster embryo followed by diffusion to produce a protein gradient. This model has been challenged by experiments showing that the diffusion rate of BCD is too slow to establish the protein gradient. The work described in a recent paper has solved this conundrum by demonstrating that a bcd mRNA gradient prefigures the BCD protein gradient.


Рис.1.
 |  The diffusion-based model for formation of the Bicoid protein gradient.


Рис.2.
 |  gradients of bicoid mrNa and Bicoid protein are nearly identical in early Drosophila melanogaster embryos.


Рис.3.
 |  The active mrNa transport and local translation model for formation of the Bicoid protein gradient.

DATABASES
entrez gene: bcd

UniProtKB: Bicoid | CAD | staufen

FURTHER INFORMATION

Howard D. Lipshitz’s homepage

Flybase

  • 1. Turing, A. M. The chemical basis of morphogenesis. Philos. Trans. Roy. Soc. (Lond) 237, 37–72 (1952).
  • 2. Gierer, A. & Meinhardt, H. A theory of biological pattern formation. Kybernetik 12, 30–39 (1972).
  • 3. Wolpert, L. Positional information and pattern formation. Curr. Top. Dev. Biol. 6, 183–224 (1971).
  • 4. Zecca, M., Basler, K. & Struhl, G. Direct and long-range action of a wingless morphogen gradient. Cell 87, 833–844 (1996).
  • 5. Nellen, D., Burke, R., Struhl, G. & Basler, K. Direct and long-range action of a DPP morphogen gradient. Cell 85, 357–368 (1996).
  • 6. Lawrence, P. A., Casal, J. & Struhl, G. The hedgehog morphogen and gradients of cell affinity in the abdomen of Drosophila. Development 126, 2441–2449 (1999).
  • 7. Heemskerk, J. & DiNardo, S. Drosophila hedgehog acts as a morphogen in cellular patterning. Cell 76, 449–460 (1994).
  • 8. Frohnhцfer, H. G. & Nьsslein-Volhard, C. Organization of anterior pattern in the Drosophila embryo by the maternal gene bicoid. Nature 324, 120–125 (1986).
  • 9. Driever, W. & Nьsslein-Volhard, C. A gradient of bicoid protein in Drosophila embryos. Cell 54, 83–93 (1988).
  • 10. Struhl, G., Struhl, K. & Macdonald, P. M. The gradient morphogen bicoid is a concentration-dependent transcriptional activator. Cell 57, 1259–1273 (1989).
  • 11. Driever, W., Siegel, V. & Nьsslein-Volhard, C. Autonomous determination of anterior structures in the early Drosophila embryo by the bicoid morphogen. Development 109, 811–820 (1990).
  • 12. Frigerio, G., Burri, M., Bopp, D., Baumgartner, S. & Noll, M. Structure of the segmentation gene paired and the Drosophila PRD gene set as part of a gene network. Cell 47, 735–746 (1986).
  • 13. Kornberg, T. B. & Guha, A. Understanding morphogen gradients: a problem of dispersion and containment. Curr. Opin. Genet. Dev. 17, 264–271 (2007).
  • 14. Gregor, T., Tank, D. W., Wieschaus, E. F. & Bialek, W. Probing the limits to positional information. Cell 130, 153–164 (2007).
  • 15. Gregor, T., Wieschaus, E. F., McGregor, A. P., Bialek, W. & Tank, D. W. Stability and nuclear dynamics of the bicoid morphogen gradient. Cell 130, 141–152 (2007).
  • 16. Spirov, A. et al. Formation of the bicoid morphogen gradient: an mRNA gradient dictates the protein gradient. Development 136, 605–614 (2009).
  • 17. Driever, W. & Nьsslein-Volhard, C. The bicoid protein determines position in the Drosophila embryo in a concentration-dependent manner. Cell 54, 95–104 (1988).
  • 18. Driever, W. & Nьsslein-Volhard, C. The bicoid protein is a positive regulator of hunchback transcription in the early Drosophila embryo. Nature 337, 138–143 (1989).
  • 19. Burz, D. S., Rivera-Pomar, R., Jackle, H. & Hanes, S. D. Cooperative DNA-binding by Bicoid provides a mechanism for threshold-dependent gene activation in the Drosophila embryo. EMBO J. 17, 5998–6009 (1998).
  • 20. Driever, W., Thoma, G. & Nusslein-Volhard, C. Determination of spatial domains of zygotic gene expression in the Drosophila embryo by the affinity of binding sites for the bicoid morphogen. Nature 340, 363–367 (1989).
  • 21. Rivera-Pomar, R., Niessing, D., Schmidt-Ott, U., Gehring, W. J. & Jackle, H. RNA binding and translational suppression by bicoid. Nature 379, 746–749 (1996).
  • 22. Dubnau, J. & Struhl, G. RNA recognition and translational regulation by a homeodomain protein. Nature 379, 694–699 (1996).
  • 23. Weil, T. T., Parton, R., Davis, I. & Gavis, E. R. Changes in bicoid mRNA anchoring highlight conserved mechanisms during the oocyte-to-embryo transition. Curr. Biol. 18, 1055–1061 (2008).
  • 24. Ferrandon, D., Elphick, L., Nьsslein-Volhard, C. & St Johnston, D. Staufen protein associates with the 3’UTR of bicoid mRNA to form particles that move in a microtubule-dependent manner. Cell 79, 1221–1232 (1994).
  • 25. Zimyanin, V. L. et al. In vivo imaging of oskar mRNA transport reveals the mechanism of posterior localization. Cell 134, 843–853 (2008).
  • 26. Mlodzik, M. & Gehring, W. J. Expression of the caudal gene in the germ line of Drosophila: formation of an RNA and protein gradient during early embryogenesis. Cell 48, 465–478 (1987).
  • 27. Macdonald, P. M. & Struhl, G. A molecular gradient in early Drosophila embryos and its role in specifying the body pattern. Nature 324, 537–545 (1986).
  • 28. Cho, P. F. et al. A new paradigm for translational control: inhibition via 5’-3’ mRNA tethering by Bicoid and the eIF4E cognate 4EHP. Cell 121, 411–423 (2005).
  • 29. Schulz, C., Schroder, R., Hausdorf, B., Wolff, C. & Tautz, D. A caudal homologue in the short germ band beetle Tribolium shows similarities to both the Drosophila and the vertebrate caudal expression patterns. Dev. Genes Evol. 208, 283–289 (1998).
  • 30. Olesnicky, E. C. et al. A caudal mRNA gradient controls posterior development in the wasp Nasonia. Development 133, 3973–3982 (2006).
  • 31. Bucher, G., Farzana, L., Brown, S. J. & Klingler, M. Anterior localization of maternal mRNAs in a short germ insect lacking bicoid. Evol. Dev. 7, 142–149 (2005).
  • 32. Lynch, J. A., Brent, A. E., Leaf, D. S., Pultz, M. A. & Desplan, C. Localized maternal orthodenticle patterns anterior and posterior in the long germ wasp Nasonia. Nature 439, 728–732 (2006).
  • 33. Dubrulle, J. & Pourquie, O. fgf8 mRNA decay establishes a gradient that couples axial elongation to patterning in the vertebrate embryo. Nature 427, 419–422 (2004).
  • 34. Lecuyer, E. et al. Global analysis of mRNA localization reveals a prominent role in organizing cellular architecture and function. Cell 131, 174–187 (2007).
  • 35. De Renzis, S., Elemento, O., Tavazoie, S. & Wieschaus, E. F. Unmasking activation of the zygotic genome using chromosomal deletions in the Drosophila embryo. PLoS Biol. 5, e117 (2007).
  • 36. Tadros, W. et al. SMAUG is a major regulator of maternal mRNA destabilization in Drosophila and its translation is activated by the PAN GU kinase. Dev. Cell 12, 143–155 (2007).
  • 37. Bashirullah, A. et al. Joint action of two RNA degradation pathways controls the timing of maternal transcript elimination at the midblastula transition in Drosophila melanogaster. EMBO J. 18, 2610–2620 (1999).


  • Фундаментальной проблемой биологии развития является, как приобретаются определенные судьбы в группе эквипотентных клеток. В 1952 математик Alan Turing опубликовал эпохальную работу, в которой он ввел термин 'morphogen', чтобы описать молекулу, которая специфицирует судьбу клетки зависимым от концентрации способом1. Описаная Turing реакционно-диффузионная система, которая д. формировать стабильный паттерн случайных отклонений в первоначально почти гомогенном равновесии, и представлена им серия дифференциальных уравнений с использованием различных терминов диффузии, которые, в принципе могли бы объяснить такие разные феномены как паттерны щупалец у Hydra spp. и гаструляцию у морских ежей.
    Эти теории затем были доработаны в основном Gierer и Meinhart2, которые внесли концепцию коротко действующего активатора и дально-действующего ингибитора, которые способны к диффузии. Wolpert3 описал концепцию в их наипростейших терминах в своей гипотезе 'French flag hypothesis', согласно которой существуют два противоположно направленных градиента морфогенов поперек рядов эквипотентных клеток, один с пиком концентрации на левом конце ( 'blue' морфоген) и др. со своим пиком концентрации на правом конце ('red' морфоген).
  • Если клетки способны определять концентрации этих двух субстанций и адаптировать клеточную судьбу, когда их концентрации выше порога чувствительности, то клетки слева, которые подвергаются действию высокой концентрации blue, но низкой red морфогена д. воспринять blue судьбу, те, что в средине подвергаются действию низкого уровня blue и низкого red д. адаптировать по умолчанию white состояние, а те, что на право, воспринимая высокий red и низкий blue уровни, д. адаптировать судьбу red. Гипотеза, что молекулярные градиенты могут предопределять дифференциальные клеточные судьбы является центральной концепцией, согласно которой 'positional information' обеспечивает формирование паттерна в группе эквипотентных клеток.
  • Существуют сегодня несколько примеров морфогенов, включая Wingless4, Decapentaplegic5 and Hedgehog6,7 семейства лигандов. Однако первый и всё ещё наиболее элдегантный пример морфогена представляет собой Bicoid (BCD) 8-12. Поскольку BCD является транскрипционным фактором, который действует, когда ранний эмбрион Drosophila melanogaster является синцитием, BCD наделяет судьбой непосредственно, действуя на индивидуальные ядра, находящиеся в общей цитоплазме, тем самым избавлен от необходимости в трансмембранных рецепторах, в аппарате цитоплазматической сигнальной трансдукции и в др. осложнениях, которые необходимы для упомянутых выше случаев. После превращения бластодермы из синцитиальной в клеточное состояние, позиционная информация. предоставляемая BCD транслируется в разные клеточные судьбы. Если описывать морфоген, будь он внеклеточным лигандом как Wingless или транскрипционным фактором, таким как BCD, необходимо различать их роли как инструктивных молекул (т.е. способ их действия) от процесса, с помощью которого градированные распределения молекул устанавливается (т.е. способа их дисперсии)13. В отношении способа дисперсии превалирующей моделью для BCD является та, где имеется точечный источник мРНК bcd на переднем полюсе эмбриона, где BCD синтезируется и затем диффундирует кзади9.
    Некоторые недавние исследования поставили под сомнение этот базирующийся на диффузии механизм14,15, кульминацией стало исследование, которое преодолело его и заменило новой моделью установления градиента BCD - активный транспорт мРНК и локальный синтез белка16.
    Целью данной статьи является проверка источников и доказательств базирующейся на диффузии модели; механических трудностей, с которыми сталкивается базирующаяся на диффузии модель; доказательств модели активного транспорта мРНК; и применение этих и др. недавних находок, чтобы определить какой из механизмов может быть приложим к др. белкам и организмам.

    BCD as a diffusible morphogen


    Несколько линий доказательств подтверждают гипотезу, что ген bcd кодирует морфоген, который испускается из переднего конце эмбриона D. melanogaster, чтобы установить градиент, который интерпретируется в виде различных клеточных судеб. Мутантный bcd-фенотип приводит к неспособности правильно специфицировать клеточные судьбы в передней половине эмбриона8. Утечка цитоплазмы из переднего конца эмбрионов дикого типа фенокопирует bcd-мутантный фенотип, это согласуется с гипотезой, что субстанция, локализованная на этом полюсе необходима для формирования паттерна передней половины эмбриона8. Трансплантация цитоплазмы переднего полюса (но не из др. частей) эмбрионов дикого типа помещает эквивалент в bcd-мутантный эмбрион, достаточный для устранения дефектов паттерна из всей передней части эмбриона8, указывая тем самым на действие на расстоянии. BCD присутствует в виде экспоненциально снижающегося градиента от переднего к заднему полюсу эмбриона, достигая фонового уровня примерно на полпути вдоль оси тела9. Регулировка количества копий гена bcd у матери - и, следовательно, количества кодируемых ими продуктов в эмбрионе - ведет к изменению градиента BCD. В частности, это делает градиент или более пологим или более крутым (и это отражается на степени его распространения вдоль передне-задней оси), с соответствующим увеличением или уменьшением области экспрессии зиготических генов и изменениями в судьбах передних клеток у ранних эмбрионов17. Первичный механизм, с помощью которого BCD специфицирует клеточные судьбы в передней половине эмбриона за счет зависимой от концентрации активации ( или репрессии) своих генов мишеней, таких как hunchback10,18. Определенные гены мишени активируются при низких концентрациях BCD, они предпочитают среднюю часть эмбриона (эти гены обладают сайтами связывания BCD с высоким сродством с своих цис-регуляторных областях), тогда как др. гены активируются только высокими концентрациями BCD , они обнаруживаются вблизи переднего полюса (эти гены обладают сайтами связывания BCD с низким сродством)10,19,20. BCD обладает дополнительными функциями в качестве пост-транскрипционного регулятора транскриптов, таких как caudal (cad)21,22, но это здесь обсуждаться не будет.
    Доказательства, представленные выше, не объясняют как формируется градиент BCD. Модель, базирующаяся на диффузии, утверждает, что мРНК bcd mRNA прочно локализована на переднем конце эмбриона и что белок BCD, синтезируемый с неё, диффундирует прочь, устанавливая тем самым белковый градиент9 (FIG. 1).
  • Тот факт, что экспоненциально снижающийся градиент BCD может быть предсказан с помощью диффузии, согласуется с этим, но не доказывает этой модели.

    Diffusion's fall from grace


    Может ли диффузия BCD с переднего полюса эмбриона объяснить наблюдаемый градиент? Краткий ответ - нет. Прямые измерения уровней трансгенного BCD-enhanced green fluorescent белка, также как и эксперименты по photobleaching14,15, выявили коэффициент диффузии для BCD, который на один- два порядка величин ниже, чем это необходимо для установления наблюдаемого градиента15. Эти наблюдения , следовательно, не согласуются с простой диффузионной моделью. Существует несколько возможных объяснений этому расхождению15. Во-первых, диффузия BCD измеряется в кортексе эмбриона, а не в массе цитоплазмы. BCD может , в принципе, диффундировать быстрее в цитоплазме; однако, коэффициент диффузии для BCD внутри неоплодотворенных яиц тот же самый. что и в кортексе эмбрионов15, что делает эту возможность маловероятной. Во-вторых, скорость диффузии может меняться со временем и может быть более быстрой в первый час после оплодотворения, чем на более поздних стадиях. Хотя это возможно, трудно предположить физико-химическую основу для такого изменения скорости. В-третьих, может иметь место активный транспорт BCD, скорее, чем случайная диффузия.

    Follow the mRNA


    Имеется четвертая возможность: градиент мРНК bcd служит прообразом градиента BCD (FIG. 2).
  • Следовательно, диффузия BCD возможно не имеет отношения к делу - или играет минорную роль - в установлении градиента BCD16. В самом деле, мРНК bcd и BCD белка градиенты обладают почти идентичными профилями, они образуются с почти идентичной кинетикой и они обладают даже одной и той же изменчивостью формы16. Эти новые результаты покоятся на данных по гибридизации in situ, которые обнаруживают концентрационный градиент мРНК вдоль передне-задней оси у ранних эмбрионов12. Может ли это послужить толчком к формированию градиента на ступени диффузии мРНК скорее, чем диффузии белка? Это кажется маловероятным, поскольку скорость диффузии мРНК bcd д. быть намного выше, чем таковая для белка BCD. В самом деле, детальный анализ показал, что механизм, с помощью которого формируется градиент мРНК вряд ли возникает за счет свободной диффузии. Первоначально bcd мРНК транскрипты присутствуют в небольшой 'шапочке' на дорсо-переднем полюсе, на наиболее передних 10-20% яйца16,23. После оплодотворения bcd мРНК распространяется на 60% передне-задней оси эмбриона16. Такое распространение происходит в кортексе (периферии) эмбриона, но транскрипты безусловно не диффундируют свободно, поскольку они не проникают в основную массу цитоплазмы. Распространение по кортексу продолжается до тех пор, пока в него не прибудут ядра, ~90 мин спустя после оплодотворения. Впоследствии обнаруживается мало изменений в распределении транскриптов вдоль передне-задней оси вплоть до ранних ядерных циклов14, во время которых bcd мРНК транскрипты быстро деградируют.

    RNA transport and local protein synthesis


    Как же устанавливается bcd мРНК градиент? Как указывалось выше, мРНК градиент является динамичным и устанавливается ступенчато-образно. Более того, Staufen (STAu), который, как известно, соединяется с (и способен обеспечить базирующийся на микротрубочках транспорт) bcd мРНК23,24, ко-локализуется с bcd мРНК транскриптами во время первых 2 ч развития16. Правдоподобная модель комбинирует активный транспорт, сначала вдоль передне-задней оси, а затем вдоль базо-апикальной оси16 (FIG. 3).
  • После активации яйца bcd mRNA-STAu messenger ribonucleoprotein (mRNP) комплекс высвобождается от своих пут на переднем полюсе. mRNP комплекс транспортируется кзади вдоль кортикальных микротрубочек, управляя его концентрационным градиентом. Транспорт прекращается, когда прибывают ядра и сеть кортикальных микротрубочек разрывается. Т.о., передне-задний bcd мРНК градиент устанавливается во время ядерного цикла 10 и остается на месте во время следующих 4-х делений ядер. мРНК bcd транспортируется апикально на астральные микротрубочки во время стадии синтициальной бластодермы и быстро деградирует во время раннего ядерного цикла 14. Поскольку bcd мРНК транслируется в течение всего процесса ступенчато-образной локализации, то градиент BCD отражает лежащий в его основе градиент мРНК за исключением того, что BCD транспортируется в синтициальные ядра, когда они мигрируют через градиент, а также когда они достигают кортекса (FIG. 3).
  • Апикальный транспорт bcd мРНК возможно лежит в основе наблюдения, что концентрация BCD остается константной в любом определенном положении вдоль передне-задней оси во время стадии синтициальной бластодермы - несмотря на количества ядерных удвоений после каждого деления и 'внутриядерная' концентрация BCD снижается в 4 раза после разрыва ядерной оболочки во время митозов15. Апикальная концентрация bcd мРНК вместе с локальной трансляцией этих транскриптов д. продуцировать высокие уровни белка вблизи ядер и д. облегчать быстрый импорт BCD по всей поверхности ядра16.

    Moving (beyond) bcd


    Интересный аспект передне-заднего транспорта мРНК bcd заключается в том, что сеть кортикальных микротрубочек не поляризована. тогда что же обеспечивает направленный транспорт? Единственная возможность это зависимый от концентрации случайный транспорт, при котором высокая инициальная концентрация bcd-STAu mRNP комплексов на переднем полюсе комбинирует с активным транспортом по случайно ориентированным кортикальным микротрубочкам16. Согласно этой модели средняя скорость 'дрейфа' для bcd мРНК во время первых 90 мин после оплодотворения вычислена как 0.01µm в сек.16, это в 100 раз медленнее, чем скорость направленного транспорта по микротрубочкам в ооцитах23.
    Случайный транспорт этого типа дрейфа напоминает диффузию, которая управляется с помощью инициальной концентрации мРНП на переднем полюсе; однако он ограничивается кортексом ооцита, где располагается сеть микротрубочек и механически полностью отличен от диффузии. Интересно, что недавно были найдены др. STAu-содержащие mRNP - в этом случае, несущие мРНК oskar - транспортируемые с помощью на plus-end-направленных моторов к заднему полюсу ооцитов D. melanogaster по сети микротрубочек лишь с незначительным направляющим перевесом (57% ориентированных к полюсу против 43% кпереди ориентированных плюс концов)25. Подобная склонность обеспечивает направленную кзади скорость, которая полностью объясняет кинетику задней локализации oskar мРНК25. Если сеть кортикальных микротрубочек у ранних эмбрионов обладает сходной направляющей склонностью, что и в ооцитах, тогда bcd мРНК д. смещаться более чем в три раза быстрее вдоль передне-задней оси, чем это наблюдается в действительности, указывая тем самым, что сеть кортикальных микротрубочек не обладает такой склонностью16. Необходима экспериментальная проверка гипотезы управляемого случайного транспорта.

    The generality of mRNA gradients


    В дополнение к тем примерам градиентов мРНК у D. melanogaster и у др. эмбрионов они начинают накапливаться. У ранних эмбрионов D. melanogaster градиент BCD со своим пиком на переднем полюсе, противостоит градиенту гомеодоменового белка CAD с его пиком на заднем полюсе26,27. Материнская cad мРНК, однако униформно распределена у ранних эмбрионов, а градиент CAD образуется за счет регуляции трансляции cad мРНК с помощью BCD28. Униформная материнская cad мРНК обнаруживается также в коротком зародышевом диске насекомого, большого мучного хрущика Tribolium spp.29. Однако у ос Nasonia spp., с длинным зародышевым диском, как у D. melanogaster, материнская cad мРНК, локализованная на заднем полюсе ооцита, высвобождается после оплодотворения и формирует градиент с пиком на заднем полюсе30. У Tribolium spp., eagle и pangolin материнские мРНК, которые кодируют два транскрипционные фактора, локализуются на переднем полюсе эмбриона и формируют передне-задний градиент31. У Nasonia spp., материнская orthodenticle (otd) мРНК локализуется на обоих полюсах ооцита. У эмбрионов локализованная спереди otd мРНК и возможно также локализованные сзади otd транскрипты, по-видимому, высвобождаются и образуют градиенты32.
    Хотя распределение белков. кодируемых всеми из упомянутых выше транскриптов ещё не исследовано, очень возможно, что белки будут обнаруживать градиенты, которые сходны с таковыми для соотв. мРНК.
    Несколько иной пример возникает во время поляризованного роста оси позвоночных. В этом случае задне-передний градиент мРНК fibroblast growth factor 8 (Fgf8) - и соотв. FGF8 белка - устанавливается как у эмбрионов мышей, так и кур за счет комбинации локальной транскрипции и прогрессивного распада транскриптов33. В отличие от случая с D. melanogaster bcd или мРНК транскриптами у Nasonia spp. и Tribolium spp, описанных выше, градиент мРНК Fgf8 формируется поперек группы клеток скорее, чем в одиночной клетке. Недавние исследования пролили свет на неожиданную степень субклеточной локализации мРНК и дестабилизацию транскриптов у эмбрионов D. melanogaster: более 70% от всех мРНК локализовано скорее, чем униформно распределяется34 , а треть материнских мРНК дестабилизирована35,36, большинство пространственно ограниченным способом34,37. Более того, локализации транскриптов часто предшествует - и служит прообразом - субклеточной экспрессии кодируемого белка34. Прецедент позволят предположить, что такие результаты приложимы к яйцеклеткам и эмбрионам др. животных, а также к поляризованными соматическим клеткам. Субклеточная локализация мРНК превалирует значительно больше, чем ранее полагали, поэтому разумно предположить, что значительно больше д. существовать и градиентов мРНК, которые создают прообразы градиентов белков.

    Dienstbier, M. et al.
    Egalitarian is a selective RNA binding protein linking mRNA localization signals to the dynein motor.
    Genes Dev 10 June 2009 (doi: 10.1101/gad.531009)
    Article

    FURTHER READING

    Besse, F. & Ephrussi, A. et al.
    Translational control of localized mRNAs: restricting protein synthesis in space and time.
    Nature Rev. Mol. Cell Biol. 9, 971–980 (2008)
    Article

    Клетки используют микротрубочки для транспорта мРНК через цитоплазму, но мало известно о том, как эти транскрипты механически соединяются с микротубулярными моторами. Dienstbier et al. предоставили доказательства, что Egalitarian (EGL) и dynein кофактор Bicaudal D (BICD), ранее известный как необходимый для к минус концу направленного транспорта мРНК, обеспечивает связь различных мРНК с dynein мотором у Drosophila melanogaster.
    В подтверждение тому, что ранее было показано на клетках млекопитающих, авт. показали, что carboxy-terminal domain (CTD) в BICD может ингибировать к минус концу направленный транспорт груза мРНК у эмбрионов мух. CTD у BICD, как предполагается, удерживает белок в неактивной конформации в отсутствие груза, благодаря связыванию N-терминальной области. Предполагается, что ассоциация неизвестного груз-связывающего белка с CTD устраняет это автоингибирование BICD, тем самым стимулируется транспорт мРНК.
    В попытке идентифицировать этот груз-связывающий белок авт. установили, что BICD взаимодействует с EGL в двугибридном скрининге и идентифицировали EGL-связывающий регион в CTD у BICD. CTD как было известно связывает RAB6, и авт. представили доказательства того, что BICD использует этот домен для взаимодействия с взаимоисключающими груз-специфическими адапторами.
    EGL лишен канонического РНК-связывающего мотива. Поэтому очевидно, что дополнительные белки могут обеспечивать рекрутирование EGL на РНК, Dienstbier et al. создали схему очистки для идентификации белков из эмбриональных экстрактов, которые специфически обогащены на сигналах локализации РНК у различных транскриптов. Неожиданно, только EGL и BICD были отобраны в качестве основных белков. В самом деле рекомбинантный EGL или гетеромерный комплекс EGL, связанного с BICD, но не BICD в отдельности, соединяется преимущественно с сигналами локализации РНК с мРНК, но не с non-localizing контрольными РНК. итак. эти наблюдения указывают на то, что EGL соединяется непосредственно и специфически с различными сигналами локализации на мРНК транскриптах и затем связывает эти транскрипты с dynein мотором посредством BICD.Т.к. EGL лишен канонического РНК-связывающего мотива, то авт. полагают, что "localization elements contain cryptic structural features that are recognized by Egl."
    Наконец, может ли потребность в EGL и CTD в BICD быть обойдена за счет соединения груза непосредственно с N-терминальными регионами BICD? Авт. показали. что у мух, по крайней мере, транспорт мРНК в этих условиях сильно затрудняется. Это указывает на то, что присутствие EGL в транспортном комплексе является критическим для эффективной доставки транскриптов к минус-концам микротрубочек, возможно посредством ранее описанного взаимодействия EGL с легкой цепью dynein.
  • Сайт создан в системе uCoz