Гиалиновый
Гиалин — белок, из кортикальных гранул яйцеклетки оплодотворенной животного выделяемый . Высвободившийся гиалин модифицирует внеклеточный матрикс оплодотворенной яйцеклетки, блокируя связывание других сперматозоидов с яйцеклеткой, и известен как медленный блок полиспермии . У всех животных есть этот механизм медленного блока.
Гиалин — это крупный кислый белок, который способствует эмбриональному развитию. Белок обладает сильными адгезионными свойствами, которые могут способствовать дифференцировке клеток и выступать в качестве компонента предотвращения полиспермии. Он образует гиалиновый слой, который покрывает поверхность яйца после осеменения.
Структура
[ редактировать ]Его физическая структура состоит из главного и второстепенного компонентов. Один из них нитевидный, с гибкими молекулами, содержащими на конце головку глобулярного домена. Его конформация сохраняется в основном за счет дисульфидных связей, поскольку практически все аминокислоты цистеина находятся в дисульфидной форме, но также гидрофобные силы и солевые связи стабилизируют молекулу. [ 1 ] Длина нити составляет около 75 нм, головка имеет булавовидную форму диаметром 12 нм. Существует изоформа молекулы, имеющая более длинную нить длиной 125 нм. [ 2 ] Обе формы этих нитей часто складываются сами по себе, делая белок гетерогенным, что приводит к плохому разрешению пятен на геле. Это делает точную массу неопределенной, поскольку белок очень трудно очистить. По оценкам, масса составляет около 350 кДа. Около 2-3% его массы составляют углеводы. Агрегаты гиалина также образуются путем связывания головок белка, и гиалин остается связанным с коровым белком с высокой молекулярной массой на протяжении всей очистки. [ 2 ]
Гиалиновая мРНК имеет длину около 12 т.п.н. Он кодирует примерно 25% кислотных остатков и только 3,5% основных остатков. [ 1 ] В его последовательности имеется область, содержащая тандемные повторы примерно из 84 аминокислот. Эта последовательность высоко консервативна между видами и считается адгезивным субстратом гиалина. Была создана рекомбинантная часть этой последовательности и протестированы ее адгезивные свойства. Было обнаружено, что он примерно такой же клейкий, как и природный гиалин. Антитела связывались с рекомбинантным гиалином и блокировали его адгезию аналогично нормальному гиалину. Затем было обнаружено, что область тандемных повторов находится на нитевидной части гиалина, когда с ней связываются антитела. Может присутствовать до 21 такого длинного повтора, что составляет 230 кДа общей массы и две трети нитевидной области. Эти повторы не имеют никакого сходства ни с чем в генбанке, что делает гиалин уникальным белком. [ 3 ]
Эмбриональное развитие
[ редактировать ]Место в ячейке
[ редактировать ]Гиалин расположен в кортикальных гранулах яйца. Здесь белок находится в изолированной форме. [ 1 ] Кортикальные гранулы мигрируют на внутреннюю плазматическую мембрану, где остаются неактивными до тех пор, пока клетка не деполяризуется. [ 4 ] Весь белок в этот момент имеет материнское происхождение. Гиалин ограничен субобластью кортикальных гранул, что указывает на то, что эти пузырьки содержат достаточно гиалина, чтобы поддерживать клетку и формировать гиалиновый слой до стадии гаструляции. Другой источник гиалина находится в цитоплазме. Это также происходит по материнской линии. Гиалиновый слой, покрывающий эмбрион, формируется даже после удаления гиалина из кортикальных гранул, что указывает на существование этого вторичного резервуара. [ 5 ] Новый гиалин не экспрессируется до тех пор, пока не сформируется гаструла. Об этом свидетельствует накопление мРНК гиалина. Эта мРНК экспрессируется вокруг бластопора на границе энтодермы и эктодермы, которая богата шероховатой эндоплазматической сетью. На апикальной поверхности клеток эктодермы появился новый гиалин . [ 6 ] Его также необходимо было специально транспортировать, как это было в кортикальных гранулах. Гиалин не проникает в энтодерму. Было обнаружено, что некоторые моноклональные антитела переносят молекулы на апикальную поверхность эктодермальных клеток. Материнский гиалин сохраняется на протяжении всего развития и появляется в архентероне гаструлы. Поскольку один и тот же ген геномной ДНК кодирует как материнский, так и новый гиалин, должен произойти некоторый альтернативный сплайсинг, чтобы антитела перенесли правильный гиалин в нужную область. [ 3 ]
Формирование гиалинового слоя
[ редактировать ]Структура гиалина зависит от ионов кальция. Он стабилизируется против денатурации из-за высоких концентраций NaCl в морской воде. Стабилизация происходит, когда концентрации достигают всего 1 мМ. Кальций также вызывает осаждение гиалина и образование агрегатов с самим собой и другими белками. Для этого потребуются более высокие концентрации кальция. Другой двухвалентный ион, Mg2+, вызывает дальнейшее осаждение гиалина. Действуя самостоятельно, магний не может вызвать осаждение, но усиливает эффект осаждения кальция. [ 7 ]
Как говорилось ранее, гиалиновый слой покрывает внешнюю поверхность эмбриона. После оплодотворения яйцеклетки кортикальные гранулы экзоцитируют свое содержимое во внеклеточный матрикс. Когда это происходит, гиалин вступает в контакт с ионами кальция и растворяется. Связывание с кальцием также вызывает взаимодействия гиалина и белка, создавая агрегаты самого себя и других белков. [ 7 ] В результате образуется гелеобразный слой, а вокруг яйца образуется гиалиновый слой. Гиалиновый слой вырастает до толщины примерно 2–3 мм в течение пятнадцати минут после осеменения. [ 3 ] Этот слой формируется во внеклеточном матриксе и действует как клейкое вещество для бластомеров.
Функция
[ редактировать ]Гиалиновый слой отвечает за адгезию и правильную ориентацию клеток эмбриона. В ходе развития некоторые клетки меняют свое сродство связывания с гиалином. Гиалин помогает клеткам дифференцироваться на животную и растительную половины во время оогенеза, используя ионы цинка и лития. Цинк увеличивает количество осаждаемого гиалина, а литий сохраняет растворимость гиалина в присутствии кальция. Цинк, таким образом, вызывает анимализирующий эффект, поскольку связывание клеток бластулы будет более сильным, в то время как более слабое прикрепление клеток будет образовывать вегетативную половину. [ 8 ] Клетки могут далее дифференцироваться, если приобретают сродство к другим мембранам. Инвагинация бластулы происходит, когда энтодерма теряет сродство к гиалину, а эктодерма сохраняет его. [ 9 ] Это приводит к краеугольной форме гаструлы, при которой различные слои образуют отдельные биологические системы.
Гиалин имеет вторичный эффект, помогая полиспермии, когда он находится в гиалиновом слое. Оболочка оплодотворения представляет собой прочный механический барьер, который блокирует проникновение дополнительных сперматозоидов в клетку. Он создается продуктами, выделяемыми корковыми гранулами. Под оболочкой оплодотворения находится гиалиновый слой, который покрывает рецепторы сперматозоидов в плазматической мембране яйцеклетки. Если оболочка оплодотворения не формируется или не диссоциирует, только гиалиновый слой блокирует полиспермию. [ 10 ]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Стивенс, RE; Кейн, RE (1970). «Некоторые свойства гиалина. Нерастворимый в кальции белок гиалинового слоя яиц морского ежа» . Журнал клеточной биологии . 44 (3): 611–617. дои : 10.1083/jcb.44.3.611 . ПМК 2107978 . ПМИД 4190067 .
- ^ Jump up to: а б Адельсон, Дэвид Л.; Аллиегро, Марк С; Макклей, Дэвид Р. (1992). «Об ультраструктуре гиалина, белка клеточной адгезии внеклеточного матрикса эмбриона морского ежа» . Журнал клеточной биологии . 116 (5): 1283–1289. дои : 10.1083/jcb.116.5.1283 . ПМК 2289348 . ПМИД 1371289 .
- ^ Jump up to: а б с Вессель, Гэри М.; Берг, Линнея; Адельсон, Дэвид Л.; Кэннон, Гейл; Макклей, Дэвид Р. (1998). «Молекулярный анализ гиалина — субстрата для адгезии клеток в гиалиновом слое эмбриона морского ежа» . Биология развития . 193 (2): 115–126. дои : 10.1006/dbio.1997.8793 . ПМИД 9473317 .
- ^ Метезе, Джон К.; Блэк, Стивен; Макклей, Дэвид Р. (1997). «Регулируемый экзоцитоз и последовательное построение внеклеточного матрикса, окружающего зиготу морского ежа» . Биология развития . 186 (1): 16–26. дои : 10.1006/dbio.1997.8585 . ПМИД 9188749 .
- ^ Шуэль, Герберт; Дандекар, Прамила; Шуэль, Регина (1982). «Мочевина партеногенетически активирует корковую реакцию и удлинение микроворсинок в яйцах морского ежа Strongylocentrotus purpuratus» . Биологический бюллетень . 163 (2): 285–293. дои : 10.2307/1541271 . JSTOR 1541271 .
- ^ Макклей, Дэвид Р.; Финк, Рэйчел Д. (1982). «Гиалин морского ежа: внешний вид и функции в развитии». Биология развития . 92 (2): 285–293. дои : 10.1016/0012-1606(82)90175-0 . ПМИД 6180943 .
- ^ Jump up to: а б Робинсон, Джон Дж. (1988). «Роль Ca2+, Mg2+ и NaCl в модуляции реакции самоассоциации гиалина, основного белкового компонента внеэмбрионального гиалинового слоя морского ежа» . Биохимический журнал . 256 (1): 225–228. дои : 10.1042/bj2560225 . ПМЦ 1135391 . ПМИД 2464994 .
- ^ Тимуриан, Х; Часовщик Г. (1975). «Бластула морского ежа: степень клеточной детерминации» . Американский зоолог . 15 (3): 607–627. дои : 10.1093/icb/15.3.607 .
- ^ Густафсон, Т.; Вулперт, Л. (1967). «Клеточное движение и контакт в морфогенезе морских ежей». Биологические обзоры . 42 (3): 442–498. дои : 10.1111/j.1469-185x.1967.tb01482.x . ПМИД 4864367 . S2CID 39382597 .
- ^ Шуэль, Герберт (1984). «Профилактика полиспермного оплодотворения морских ежей». Биологический бюллетень . 167 (2): 271–309. дои : 10.2307/1541277 . JSTOR 1541277 . ПМИД 29320238 .