WikiDer > Основной белок спермы

Major sperm protein
MSP
MSPdimer.png
Структура димера MSP из А. суум. Β-листы показаны оранжевым цветом.
Идентификаторы
СимволОсновной белок спермы, MSP
Ген NCBI173981
PDB1 MSP
UniProtP53017

Основной белок спермы (MSP) это нематода конкретные маленькие белок из 126 аминокислоты с молекулярный вес из 14 кДа. Это ключевой игрок в механизме подвижности нематод, который стимулирует ползать движение / подвижность сперматозоидов нематод. Это самый распространенный белок, присутствующий у нематод. сперма, включающий 15% общего белка и более 40% растворимого белка. MSP синтезируется исключительно в сперматоциты нематод.[1] MSP выполняет две основные функции в воспроизведение из гельминты: i) как цитозольный компонент он отвечает за ползание зрелого сперматозоида (без жгутика), и ii) после высвобождения он действует как гормон на женских половых клетках, где он запускает ооцит созревание и стимулирует яйцевод стенка сокращаться, чтобы привести ооциты в положение для оплодотворение.[2] MSP впервые был идентифицирован в Caenorhabditis elegans.

Структура

Молекулярные структуры MSP из Ascaris suum и Caenorhabditis elegans были определены Рентгеновская кристаллография[3] и ЯМР-спектроскопия.[4][5] Молекулы MSP этих видов составляют 83% идентичность последовательности и их структуры очень похожи.

MSP не содержит известных сохраненных доменов. Он состоит из семинитевого β-сэндвича, имеющего противостоящие трехцепочечные и четырехниточные β листы. Гидрофобный боковые цепи от соседних граней в сэндвиче образуют внутреннюю часть белка. Общая структура MSP напоминает иммуноглобулиновая складка (Ig складка). MSP можно классифицировать как s-тип этой складки, потому что две из его цепей переключаются между отдельными β-листами, в отличие от консервативного c-типа складок Ig. Уникальное переключение прядей между листами является результатом двух различных перегибов в цис-пролин остатки 13 и 57 в А. суум белок.[3]

Мономеры MSP образуют симметричные димеры. Взаимодействие между MSP мономеры в димер очень стабильный, с предполагаемым гидрофобный, водородная связь и соляной мост взаимодействия. Остатки, участвующие в формировании интерфейса, находятся между остатками 13 и 29 в обоих А. суум Цепи MSP димера.

MSP спонтанно полимеризует оба in vivo и in vitro из димеров в субфиламенты, филаменты, большие пучки и сети филаментов.[6]

MSP димеры являются наименьшими строительными блоками для этих сборок, ни один из которых не имеет общей полярности:

  1. субфиламенты, образованные из димеров, соединенных длинной спиралью. Граница раздела димер-димер внутри одиночного субфиламента образована остатками 112-119 двух А. суум Цепи MSP, которые создают пару антипараллельных β-цепей-β-цепей. Взаимодействие менее гидрофобно и в основном является результатом образования водородных связей, обычно на границах раздела между обратимо взаимодействующими молекулами.
  2. нити, образованный двумя намотанными друг на друга субфилами. Взаимодействия димер-димер MSP между двумя соседними субфиламентами в филаменте характеризуются пятью интерфейсами, в основном между остатками 78-85 и 98-103. Аминокислоты 78-85 являются частью сильно открытой поверхностной петли, соединяющей разные β-листы, и расходятся между C. elegans и А. суум. Однако петля, состоящая из 98-103 остатков, является высококонсервативной между всеми изоформами у обоих видов нематод.
  3. волокна, макроволокна или пучки, полученные сверхспирализацией волокон. А. суум Нити MSP часто образуют веревочные структуры, называемые макроволокнами. C. elegans MSP в основном образуют плоты, в которых несколько нитей расположены параллельно друг другу.[4]

В отличие от актин, MSP не хватает АТФ-обвязка сайта. Однако было замечено, что АТФ требуется для сборки нити MSP на поверхности плазматическая мембрана. Было высказано предположение, что АТФ активирует либо мембраносвязанные белки отслеживания концов филаментов MSP, либо их растворимые кофакторы.[7]

Функции

Подвижность сперматозоидов

Сперматозоиды нематод передвигаются амебоидным образом, расширяя псевдопод.[8] В отличие от подвижности клеток на основе актина, которая основана на полярных элементах цитоскелета, таких как актин мономеры или тубулин димеров, движение сперматозоидов нематод основано на псевдопод и цитоскелет, построенный из сети неполярных нитей MSP.[1][9][10] Два основных различия между актин и MSP заключается в том, что MSP не связывает АТФ и отсутствие полярности в MSP, что приводит к отключению подвижности посредством моторных белков, таких как миозин.

Передвижение нематод происходит за счет локального расширения переднего края псевдопод, прикрепление цитоскелет к субстрату и ретракции клетки. Сборка нитей MSP на передней кромке вместе с разборкой в ​​основании псевдопод приводит к бегущему движению, которое соответствует ползущему движению сперматозоидов нематод.[11]

Подвижность сперматозоидов нематод основана на двухтактном механизме, который требует двух сил, запускаемых градиентом pH вдоль псевдопод: одна выступающая сила и другая тяговая сила. Выступающая сила расположена на передней кромке и толкает клеточная мембрана. Эта сила создается полимеризацией волокон MSP. Нити MSP собираются в цитоплазме около переднего края псевдопод из димеров MSP, что приводит к расширению. Эти удлинения позволяют взаимодействовать комплексам филаментов с окружающими комплексами, что приводит к взаимосвязанной однородной цитоскелет и приводя к ползущему движению цитоскелет. Сборка нити MSP запускается внешними факторами, такими как изменения pH,[12] интегральный мембранный фосфопротеин (MPOP) и белки домена MSP (MDP).[11][13][14]

Интегральная мембрана 48 кДа фосфопротеин, основной белок организации полимеризации сперматозоидов (MPOP), является отправной точкой псевдопод и требуется для локальной мембранно-ассоциированной полимеризации MSP.[15] Этот белок распределен в пузырьках по всей псевдоподальной мембране. Тирозинкиназы, которые чувствительны к pH, фосфорилируют тирозиновые остатки MPOP, локализованные на кончике псевдоподдержки, что приводит к полимеризации нитей MSP.[16] В Ascaris suumбыли идентифицированы два белка MSP-волокна (MFP), MFP1 и 2, с противоположным действием на полимеризацию. MFP1 ингибирует, а MFP2 стимулирует сборку MSP.[17] Изменения pH как контролируют, так и активируют полимеризацию MSP на всем протяжении сперматогенез градиентом pH в пределах псевдопод из сперматозоид: сборка происходит на переднем крае, где pH высокий, а разборка нитей происходит у основания, где pH снижается.[11] Деградация нитей MSP приводит к возникновению тягового усилия в основании псевдопод, что, в свою очередь, тянет цитоскелет вперед. Комбинация этих двух сил является движущей силой, которая обеспечивает подвижность сперматозоидов. Прикрепление цитоскелета к субстрат требуется для создания направленного движения.[18][19]

Влияние на женские половые клетки

MSP влияет на ооциты на двух уровнях:

  1. MSP регулирует созревание ооцитов. В C. elegans, ооциты остановить их мейотический цикл на метафаза из мейоз I где он возобновляется только при наличии спермы. MSP был идентифицирован как молекулярный фактор, запускающий ооцит мейотическое созревание. Он секретируется сперматозоидами посредством механизма образования везикул и образует внеклеточный градиент концентрации. MSP связывается с VAB-1, который является Рецептор Eph протеин-тирозинкиназа на ооциты. В отсутствие MSP рецептор VAB-1 Eph ингибирует мейотическое созревание ооциты за счет взаимодействия с ингибиторами DAB-1 / Disabled и RAN-1. Связывание MSP предотвращает это ингибирование и приводит к активации MAPK путь.[2][20][21][22]
  2. MSP также стимулирует сокращение клеток оболочки гонад, что является миоэпителиальный оболочка, окружающая проксимальный ооциты. Это увеличивает скорость сокращений с 10-13 до примерно 19 сокращений в минуту. Важность этих сокращений способствует овуляция побуждая обволакивать ооцит посредством сперматека.[23]

Гомологи

Гены MSP были идентифицированы в широко разнесенных нематода разновидность. Все они имеют более 60% идентичность последовательности.[1]

Белки с ограниченным сходством последовательностей были идентифицированы у видов от растений до млекопитающих. Один из гомологов - VAP33 от Аплизия калифорнийская.[24] VAP33 - это белок, необходимый для нейротрансмиттер релиз, который связывается с v-SNARE синаптобревин/ VAMP, связанный с слияние пузырьков.

Несмотря на только 11% сходства последовательностей, MSP и N-конец бактериального P-пилус связанный шаперонин PapD обладают высокой структурной и топологической гомологией в своих β-листовых областях. И MSP, и PapD можно отнести к s-типу. иммуноглобулиновая складка белки, характеризующиеся вышеупомянутым уникальным переключением цепей.[3]

Рекомендации

  1. ^ а б c Скотт А.Л. (ноябрь 1996 г.). «Сперма нематод». Паразитол. Сегодня (Рег. Ред.). 12 (11): 425–30. Дои:10.1016/0169-4758(96)10063-6. PMID 15275275.
  2. ^ а б Миллер М.А., Нгуен В.К., Ли М.Х., Косински М., Щедл Т., Каприоли Р.М., Гринштейн Д. (март 2001 г.). «Цитоскелетный белок сперматозоидов, который сигнализирует о мейотическом созревании и овуляции ооцитов». Наука. 291 (5511): 2144–7. Дои:10.1126 / science.1057586. PMID 11251118.
  3. ^ а б c Баллок Т.Л., Робертс TM, Стюарт М. (октябрь 1996 г.). «Кристаллическая структура с разрешением 2,5 Å подвижного основного белка сперматозоидов (MSP) Ascaris suum». J. Mol. Биол. 263 (2): 284–96. Дои:10.1006 / jmbi.1996.0575. PMID 8913307.
  4. ^ а б Хааф А., Леклер Л., Робертс Г., Кент Х. М., Робертс ТМ, Стюарт М., Нойхаус Д. (декабрь 1998 г.). «Структура раствора подвижного основного белка сперматозоидов (MSP) Ascaris suum - свидетельство двух сайтов связывания марганца и возможной роли двухвалентных катионов в образовании филаментов». J. Mol. Биол. 284 (5): 1611–24. Дои:10.1006 / jmbi.1998.2291. PMID 9878374.
  5. ^ Бейкер AM, Робертс TM, Стюарт М. (май 2002 г.). «2.6 Кристаллическая структура разрешения спиралей подвижного основного белка сперматозоидов (MSP) Caenorhabditis elegans». J. Mol. Биол. 319 (2): 491–9. Дои:10.1016 / S0022-2836 (02) 00294-2. PMID 12051923.
  6. ^ Король К.Л., Стюарт М., Робертс TM, Сиви М. (апрель 1992 г.). «Структура и макромолекулярная сборка двух изоформ основного белка сперматозоидов (MSP) из амебоидной спермы нематоды, Ascaris suum». J. Cell Sci. 101. (Pt 4): 847–57. PMID 1527183.
  7. ^ Дикинсон РБ, Пурич Д.Л. (январь 2007 г.). «Подвижность сперматозоидов нематод: неполярная полимеризация филаментов, опосредованная двигателями отслеживания концов». Биофиз. J. 92 (2): 622–31. Дои:10.1529 / biophysj.106.090472. ЧВК 1751402. PMID 17056726.
  8. ^ Робертс TM, Стюарт М. (февраль 1995 г.). «Передвижение сперматозоидов нематод». Curr. Мнение. Cell Biol. 7 (1): 13–7. Дои:10.1016/0955-0674(95)80039-5. PMID 7755984.
  9. ^ Робертс TM, Стюарт М. (апрель 2000 г.). «Действует как актин. Динамика цитоскелета основного белка сперматозоидов нематод (msp) указывает на двухтактный механизм подвижности амебоидных клеток». J. Cell Biol. 149 (1): 7–12. Дои:10.1083 / jcb.149.1.7. ЧВК 2175093. PMID 10747081.
  10. ^ Roberts TM, Salmon ED, Stewart M (январь 1998 г.). «Гидростатическое давление показывает, что подвижность ламеллиподий в сперматозоидах Ascaris требует связанных с мембраной нуклеации и удлинения основных белков сперматозоидов». J. Cell Biol. 140 (2): 367–75. Дои:10.1083 / jcb.140.2.367. ЧВК 2132582. PMID 9442112.
  11. ^ а б c Боттино Д, Могильнер А, Робертс Т., Стюарт М., Остер Дж. (Январь 2002 г.). «Как ползут сперматозоиды нематод». J. Cell Sci. 115 (Pt 2): 367–84. PMID 11839788.
  12. ^ Итальяно Дж. Э., Стюарт М., Робертс TM (сентябрь 1999 г.). «Локальная деполимеризация цитоскелета основного белка сперматозоидов коррелирует с поступательным движением тела клетки при амебоидном движении сперматозоидов нематод». J. Cell Biol. 146 (5): 1087–96. Дои:10.1083 / jcb.146.5.1087. ЧВК 2169480. PMID 10477761.
  13. ^ Вольгемут CW, Мяо Л., Вандерлинде О., Робертс Т., Остер Дж. (Апрель 2005 г.). «Динамика MSP управляет движением сперматозоидов нематод». Биофиз. J. 88 (4): 2462–71. Дои:10.1529 / biophysj.104.054270. ЧВК 1305345. PMID 15665134.
  14. ^ Тарр Д.Е., Скотт А.Л. (май 2005 г.). «Белки домена MSP». Тенденции Parasitol. 21 (5): 224–31. Дои:10.1016 / июл.2005.03.009. PMID 15837611.
  15. ^ LeClaire LL, Стюарт М., Робертс TM (июль 2003 г.). «Интегральный мембранный фосфопротеин 48 кДа регулирует цитоскелетную динамику, которая генерирует подвижность амебоидных клеток в сперматозоидах Ascaris». J. Cell Sci. 116 (Pt 13): 2655–63. Дои:10.1242 / jcs.00469. PMID 12746486.
  16. ^ Йи К., Баттери С.М., Стюарт М., Робертс TM (май 2007 г.). «Киназа Ser / Thr, необходимая для мембраносвязанной сборки аппарата подвижности основного белка сперматозоидов в амебоидных сперматозоидах Ascaris». Мол. Биол. Клетка. 18 (5): 1816–25. Дои:10.1091 / mbc.E06-08-0741. ЧВК 1855020. PMID 17344482.
  17. ^ Баттери С.М., Экман Г.К., Сиви М., Стюарт М., Робертс TM (декабрь 2003 г.). «Вскрытие механизма подвижности сперматозоидов Ascaris идентифицирует ключевые белки, участвующие в амебоидной локомоции на основе основных белков сперматозоидов». Мол. Биол. Клетка. 14 (12): 5082–8. Дои:10.1091 / mbc.E03-04-0246. ЧВК 284809. PMID 14565983.
  18. ^ Мяо Л., Вандерлинде О., Стюарт М., Робертс TM (ноябрь 2003 г.). «Снижение подвижности амебоидных клеток за счет динамики цитоскелета». Наука. 302 (5649): 1405–7. Дои:10.1126 / science.1089129. PMID 14631043.
  19. ^ Робертс TM (март 2005 г.). «Главный белок спермы». Curr. Биол. 15 (5): R153. Дои:10.1016 / j.cub.2005.02.036. PMID 15753021.
  20. ^ Говиндан Дж. А., Надараджан С., Ким С., Старич Т. А., Гринштейн Д. (июль 2009 г.). «Соматическая передача сигналов цАМФ регулирует MSP-зависимый рост ооцитов и мейотическое созревание у C. elegans». Разработка. 136 (13): 2211–21. Дои:10.1242 / dev.034595. ЧВК 2729340. PMID 19502483.
  21. ^ Гринштейн Д. (2005). «Контроль мейотического созревания и оплодотворения ооцитов». WormBook: 1–12. Дои:10.1895 / wormbook.1.53.1. ЧВК 4781623. PMID 18050412.
  22. ^ Ченг Х., Говиндан Дж. А., Гринштейн Д. (май 2008 г.). «Регулируемый трафик рецептора MSP / Eph во время мейотического созревания ооцитов у C. elegans». Curr. Биол. 18 (10): 705–14. Дои:10.1016 / j.cub.2008.04.043. ЧВК 2613949. PMID 18472420.
  23. ^ Kuwabara PE (январь 2003 г.). «Многогранный основной белок сперматозоидов C. elegans: антагонист передачи сигналов эфрина при созревании ооцитов». Genes Dev. 17 (2): 155–61. Дои:10.1101 / gad.1061103. PMID 12533505.
  24. ^ Skehel PA, Martin KC, Kandel ER, Bartsch D (сентябрь 1995 г.). «VAMP-связывающий белок из Aplysia, необходимый для высвобождения нейромедиатора». Наука. 269 (5230): 1580–3. Дои:10.1126 / science.7667638. PMID 7667638.