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1.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 110(6): 2211-6, 2013 Feb 05.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23341600

RESUMO

Despite enormous body plan variation, genes regulating embryonic development are highly conserved. Here, we probe the mechanisms that predispose ancient regulatory genes to reutilization and diversification rather than evolutionary loss. The Hox gene fushi tarazu (ftz) arose as a homeotic gene but functions as a pair-rule segmentation gene in Drosophila. ftz shows extensive variation in expression and protein coding regions but has managed to elude loss from arthropod genomes. We asked what properties prevent this loss by testing the importance of different protein motifs and partners in the developing CNS, where ftz expression is conserved. Drosophila Ftz proteins with mutated protein motifs were expressed under the control of a neurogenic-specific ftz cis-regulatory element (CRE) in a ftz mutant background rescued for segmentation defects. Ftz CNS function did not require the variable motifs that mediate differential cofactor interactions involved in homeosis or segmentation, which vary in arthropods. Rather, CNS function did require the shared DNA-binding homeodomain, which plays less of a role in Ftz segmentation activity. The Antennapedia homeodomain substituted for Ftz homeodomain function in the Drosophila CNS, but full-length Antennapedia did not rescue CNS defects. These results suggest that a core CNS function retains ftz in arthropod genomes. Acquisition of a neurogenic CRE led to ftz expression in unique CNS cells, differentiating its role from neighboring Hox genes, rendering it nonredundant. The inherent flexibility of modular CREs and protein domains allows for stepwise acquisition of new functions, explaining broad retention of regulatory genes during animal evolution.


Assuntos
Evolução Molecular , Genes Homeobox , Sequência de Aminoácidos , Animais , Animais Geneticamente Modificados , Proteína do Homeodomínio de Antennapedia/genética , Proteína do Homeodomínio de Antennapedia/fisiologia , Artemia/genética , Artrópodes/genética , Sistema Nervoso Central/crescimento & desenvolvimento , Sistema Nervoso Central/fisiologia , Besouros/genética , Proteínas de Drosophila/química , Proteínas de Drosophila/genética , Proteínas de Drosophila/fisiologia , Drosophila melanogaster/genética , Drosophila melanogaster/crescimento & desenvolvimento , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/química , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/genética , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/fisiologia , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Genes de Insetos , Variação Genética , Dados de Sequência Molecular , Filogenia , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Homologia de Sequência de Aminoácidos
2.
Development ; 133(18): 3549-62, 2006 Sep.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-16914501

RESUMO

Nuclear receptors are a large family of transcription factors that play major roles in development, metamorphosis, metabolism and disease. To determine how, where and when nuclear receptors are regulated by small chemical ligands and/or protein partners, we have used a 'ligand sensor' system to visualize spatial activity patterns for each of the 18 Drosophila nuclear receptors in live developing animals. Transgenic lines were established that express the ligand binding domain of each nuclear receptor fused to the DNA-binding domain of yeast GAL4. When combined with a GAL4-responsive reporter gene, the fusion proteins show tissue- and stage-specific patterns of activation. We show that these responses accurately reflect the presence of endogenous and exogenously added hormone, and that they can be modulated by nuclear receptor partner proteins. The amnioserosa, yolk, midgut and fat body, which play major roles in lipid storage, metabolism and developmental timing, were identified as frequent sites of nuclear receptor activity. We also see dynamic changes in activation that are indicative of sweeping changes in ligand and/or co-factor production. The screening of a small compound library using this system identified the angular psoralen angelicin and the insect growth regulator fenoxycarb as activators of the Ultraspiracle (USP) ligand-binding domain. These results demonstrate the utility of this system for the functional dissection of nuclear receptor pathways and for the development of new receptor agonists and antagonists that can be used to modulate metabolism and disease and to develop more effective means of insect control.


Assuntos
Proteínas de Drosophila/genética , Drosophila/genética , Receptores Citoplasmáticos e Nucleares/genética , Animais , Animais Geneticamente Modificados , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/fisiologia , Drosophila/embriologia , Drosophila/metabolismo , Proteínas de Drosophila/metabolismo , Proteínas de Drosophila/fisiologia , Ativação Enzimática/efeitos dos fármacos , Furocumarinas/farmacologia , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/genética , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/metabolismo , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/fisiologia , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/efeitos dos fármacos , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/genética , Hormônios/metabolismo , Hormônios/farmacologia , Hormônios/fisiologia , Ligantes , Modelos Biológicos , Fenilcarbamatos/farmacologia , Ligação Proteica/genética , Receptores Citoplasmáticos e Nucleares/metabolismo , Receptores Citoplasmáticos e Nucleares/fisiologia , Proteínas Recombinantes de Fusão/genética , Proteínas Recombinantes de Fusão/metabolismo , Proteínas Recombinantes de Fusão/fisiologia , Transdução de Sinais/efeitos dos fármacos , Transdução de Sinais/genética , Transdução de Sinais/fisiologia , Ativação Transcricional/genética
3.
Biochem Biophys Res Commun ; 348(3): 873-9, 2006 Sep 29.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-16899226

RESUMO

Zinc finger protein transcription factors (ZFP TFs) have been designed to control the expression of endogenous genes in a variety of cells. However, thus far the use of engineered ZFP TFs in germline transgenic settings has been restricted to plants. Here we report that ZFP TFs can regulate gene expression in transgenic Drosophila. To demonstrate this, we targeted the promoter of the well-characterized fushi tarazu (ftz) gene with a ZFP TF activator using the VP16 activation domain from Herpes simplex virus, and ZFP TF repressors using the Drosophila methyl-CpG binding domain (MBD)-like Delta protein. Heat-shock-inducible expression of the ZFP TF activator and repressors resulted in reciprocal effects on ftz regulation, as deduced from changes in the staining pattern and intensity of ftz and en gene expression, and from the cuticular analysis of first instar larvae. These data demonstrate the utility of ZFP TFs as tools for controlling gene expression in the context of a metazoan organism.


Assuntos
Proteínas de Drosophila/genética , Drosophila/genética , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/genética , Regulação da Expressão Gênica , Engenharia de Proteínas , Transativadores/genética , Dedos de Zinco/genética , Animais , Animais Geneticamente Modificados , Sequência de Bases , Compostos de Cádmio , Proteínas de Ligação a DNA/síntese química , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/fisiologia , Proteínas de Drosophila/síntese química , Proteínas de Drosophila/fisiologia , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/síntese química , Fatores de Transcrição Fushi Tarazu/fisiologia , Dados de Sequência Molecular , Regiões Promotoras Genéticas , Estrutura Terciária de Proteína/genética , Telúrio , Transativadores/síntese química , Transativadores/fisiologia , Dedos de Zinco/fisiologia
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