Основной белок спермы
| Домен MSP (основной белок спермы) | |||
|---|---|---|---|
 Структура димера MSP A. suum . β-листы показаны оранжевым цветом. | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | MSP_dom | ||
| Пфам | PF00635 | ||
| ИнтерПро | ИПР000535 | ||
| PROSITE | ПС50202 | ||
| КАТ | 1MSP | ||
| |||
| Основной белок спермы | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Организм | |||
| Символ | мсп-19 | ||
| Входить | 173981 | ||
| ПДБ | 1MSP | ||
| ЮниПрот | P53017 | ||
| |||
Главный белок спермы ( MSP ) представляет собой специфический для нематод небольшой белок , состоящий из 126 аминокислот и молекулярной массой 14 кДа . Это ключевой игрок в механизме подвижности нематод, который обеспечивает ползучее движение/подвижность сперматозоидов нематод. Это наиболее распространенный белок, присутствующий в сперме нематод , составляя 15% общего белка и более 40% растворимого белка. MSP синтезируется исключительно в сперматоцитах нематод. [1] MSP выполняет две основные функции при размножении гельминтов : i) как цитозольный компонент он отвечает за ползучее движение зрелых сперматозоидов (без жгутика) и ii) после высвобождения он действует как гормон на женские половые клетки. где он запускает ооцитов созревание и стимулирует стенку яйцевода сокращаться, чтобы привести ооциты в положение для оплодотворения . [2] MSP впервые был идентифицирован у Caenorhabditis elegans .
Структура
[ редактировать ]молекулярная структура MSP Ascaris suum и Caenorhabditis elegans . установлена Методом рентгеновской кристаллографии [3] и ЯМР-спектроскопия . [4] [5] Молекулы MSP этих видов имеют идентичность последовательностей на 83% , а их структуры очень схожи.
MSP не содержит какого-либо известного консервативного домена. Он состоит из семицепочечного β-сэндвича, имеющего противоположные трех- и четырехцепочечные β-листы . Гидрофобные боковые цепи соседних сторон сэндвича образуют внутреннюю часть белка. Общая структура MSP напоминает складку иммуноглобулина (складку Ig). MSP можно классифицировать как s-тип этой складки, поскольку две его цепи переключаются между отдельными β-листами, в отличие от консервативного c-типа складок Ig. Уникальные переключения цепей между листами возникают в результате двух различных перегибов на цис -пролина остатках 13 и 57 в белке A. suum . [3]
Мономеры MSP образуют симметричные димеры. Взаимодействие между мономерами MSP в димере очень стабильно, с предполагаемыми гидрофобных , водородных связей и солевых мостиков взаимодействиями . Остатки, участвующие в формировании интерфейса, находятся между остатками 13 и 29 в обеих цепях MSP A. suum димера.
MSP спонтанно полимеризуется как in vivo , так и in vitro из димеров в субфиламенты, нити, более крупные пучки и сети филаментов. [6]
MSP Димеры являются наименьшими строительными блоками этих сборок, ни один из которых не имеет общей полярности:
- субфиламенты, образованные из димеров, соединенных в длинную спираль. Интерфейс димер-димер внутри одиночной субфиламента образован остатками 112–119 двух цепей MSP A. suum , которые образуют антипараллельную пару β-цепь-β-цепь. Взаимодействие менее гидрофобно и происходит в основном за счет образования водородных связей, обычно на границах раздела между обратимо взаимодействующими молекулами.
- нити , образованные двумя субнитями, навитыми друг на друга. Димер-димерные взаимодействия 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 различные β-листы, и расходятся у C. elegans и A. suum . Однако петля, состоящая из 98–103 остатков, высоко консервативна между всеми изоформами у обоих видов нематод.
- волокна , макроволокна или пучки, полученные сверхскручением нитей. Нити MSP A. suum часто образуют веревкообразные структуры, называемые макроволокнами. MSP C. elegans в основном образуют плоты, в которых несколько нитей расположены параллельно друг другу. [4]
В отличие от актина , MSP не имеет сайта связывания АТФ . Однако было замечено, что АТФ необходим для сборки филаментов MSP на поверхности плазматической мембраны . Было высказано предположение, что АТФ активирует либо мембраносвязанные белки, отслеживающие концы филаментов MSP, либо их растворимые кофакторы . [7]
Функции
[ редактировать ]Подвижность сперматозоидов
[ редактировать ]Сперматозоиды нематод движутся амебоидно, вытягивая ложноножку . [8] В отличие от подвижности клеток на основе актина, которая основана на полярных элементах цитоскелета, таких как мономеры актина или димеры тубулина , движение сперматозоидов нематод основано на ложноножке и цитоскелете, построенном из сети неполярных филаментов MSP. [1] [9] [10] Два основных различия между актином и MSP заключаются в том, что MSP не связывает АТФ, а также в отсутствии полярности MSP, что приводит к отключению подвижности посредством моторных белков, таких как миозин .
Передвижение у нематод происходит за счет локализованного растяжения переднего края псевдоподии , прикрепления цитоскелета к субстрату и ретракции клетки. Сборка нитей MSP на переднем крае вместе с разборкой у основания псевдоподии приводит к бегущему движению, которое соответствует ползанию сперматозоидов нематод. [11]
Подвижность сперматозоидов нематод основана на механизме «тяни-толкай», который требует наличия двух сил, вызываемых градиентом pH вдоль псевдоподии : одна выталкивающая сила, а другая сила тяги.Выступающая сила расположена на переднем крае и давит на клеточную мембрану . Эта сила создается за счет полимеризации нитей MSP. Нити MSP собираются в цитоплазме возле переднего края псевдоподии из димеров MSP, что приводит к удлинению. Эти расширения позволяют комплексам филаментов взаимодействовать с окружающими комплексами, что приводит к образованию взаимосвязанного однородного цитоскелета и ползущему движению цитоскелета . Сборка нитей MSP запускается внешними факторами, такими как изменения pH, [12] интегральный мембранный фосфопротеин (MPOP) и белки домена MSP (MDP). [11] [13] [14]
Интегральный мембранный фосфопротеин массой 48 кДа , основной белок организации полимеризации белков спермы (MPOP), является отправной точкой ложноножки и необходим для локализованной мембранно-ассоциированной полимеризации MSP. [15] Этот белок распределен в везикулах по всей псевдоподальной мембране. Тирозинкиназы , чувствительные к pH, фосфорилируют тирозиновые остатки MPOP, локализованные на кончике ложноножки, что приводит к полимеризации нитей MSP. [16] У Ascaris suum были идентифицированы два белка MSP-волокон (MFP), MFP1 и 2, с противоположным действием на полимеризацию. MFP1 ингибирует, а MFP2 стимулирует сборку MSP. [17] Изменения pH одновременно контролируют и активируют полимеризацию MSP на протяжении сперматогенеза за счет градиента pH внутри ложноножки сперматозоида . : сборка происходит на переднем крае, где pH высокий, а разборка нитей происходит в основании, где pH понижен [11] Деградация нитей MSP приводит к возникновению силы тяги у основания псевдоподии , которая, в свою очередь, тянет цитоскелет вперед. Комбинация этих двух сил является движущей силой, обеспечивающей подвижность сперматозоидов. Прикрепление цитоскелета к субстрату необходимо для создания направленного движения. [18] [19]
Воздействие на женские половые клетки
[ редактировать ]MSP влияет на ооциты на двух уровнях:
- MSP регулирует созревание ооцитов. У C. elegans ооциты прекращают свой мейотический цикл в метафазе мейоза I , где он возобновляется только в присутствии сперматозоидов. MSP был идентифицирован как молекулярный фактор, запускающий ооцитов мейотическое созревание . Он секретируется сперматозоидами посредством везикулярного механизма почкования и образует внеклеточный градиент концентрации. MSP связывается с VAB-1, который представляет собой рецептора Eph протеинтирозинкиназу на ооцитах . В отсутствие MSP рецептор VAB-1 Eph ингибирует мейотическое созревание ооцитов посредством взаимодействия с ингибиторами DAB-1/Disabled и RAN-1. Связывание MSP предотвращает это ингибирование и приводит к активации пути MAPK . [2] [20] [21] [22]
- MSP также стимулирует сокращение клеток оболочки гонад, которая представляет собой миоэпителиальную оболочку, окружающую проксимальные ооциты . Это увеличивает частоту сокращений с 10-13 до примерно 19 сокращений в минуту. Важность этих сокращений заключается в содействии овуляции вызывая окутывание яйцеклетки сперматекой , . [23]
Гомологи
[ редактировать ]Гены MSP были идентифицированы у широко различающихся видов нематод . Все они имеют более чем 60% идентичности последовательностей . [1]
Белки с ограниченным сходством последовательностей были идентифицированы у видов от растений до млекопитающих. Одним из гомологов является VAP33 Aplysia Californica . [24] VAP33 представляет собой белок, необходимый для высвобождения нейротрансмиттера , который связывается с v- SNARE синаптобревином /VAMP, связанным со слиянием пузырьков .
Несмотря на только 11% сходства последовательностей, MSP и N-конец бактериального P- пилус- ассоциированного шаперонина PapD имеют высокую структурную и топологическую гомологию в своих областях β-листа. И MSP, и PapD можно отнести к белкам складки иммуноглобулина s-типа , характеризующимся вышеупомянутым уникальным переключением цепи. [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Скотт А.Л. (ноябрь 1996 г.). «Сперма нематоды» . Паразитол. Сегодня (Регул. Ред.) . 12 (11): 425–30. дои : 10.1016/0169-4758(96)10063-6 . PMID 15275275 .
- ^ Jump up to: а б Миллер М.А., Нгуен В.К., Ли М.Х., Косински М., Шедл Т., Каприоли Р.М., Гринштейн Д. (март 2001 г.). «Цитоскелетный белок сперматозоида, который сигнализирует о мейотическом созревании и овуляции ооцита». Наука . 291 (5511): 2144–7. Бибкод : 2001Sci...291.2144M . дои : 10.1126/science.1057586 . ПМИД 11251118 . S2CID 45487164 .
- ^ Jump up to: а б с Буллок Т.Л., Робертс Т.М., Стюарт М. (октябрь 1996 г.). «Кристаллическая структура подвижного основного белка спермы (MSP) Ascaris suum с разрешением 2,5 Å». Дж. Мол. Биол . 263 (2): 284–96. дои : 10.1006/jmbi.1996.0575 . ПМИД 8913307 .
- ^ Jump up to: а б Хааф А., Леклер Л., Робертс Г., Кент Х.М., Робертс Т.М., Стюарт М., Нейхаус Д. (декабрь 1998 г.). «Структура раствора подвижного основного белка спермы (MSP) Ascaris suum - свидетельство наличия двух мест связывания марганца и возможной роли двухвалентных катионов в формировании нитей». Дж. Мол. Биол . 284 (5): 1611–24. дои : 10.1006/jmbi.1998.2291 . ПМИД 9878374 .
- ^ Бейкер А.М., Робертс Т.М., Стюарт М. (май 2002 г.). «2.6 Кристаллическая структура разрешения спиралей подвижного главного белка спермы (MSP) Caenorhabditis elegans». Дж. Мол. Биол . 319 (2): 491–9. дои : 10.1016/S0022-2836(02)00294-2 . ПМИД 12051923 .
- ^ Кинг К.Л., Стюарт М., Робертс Т.М., Сиви М. (апрель 1992 г.). «Структура и макромолекулярная сборка двух изоформ основного белка спермы (MSP) из амебоидных сперматозоидов нематоды Ascaris suum». Дж. Клеточная наука . 101. (Часть 4) (4): 847–57. дои : 10.1242/jcs.101.4.847 . ПМИД 1527183 .
- ^ Дикинсон Р.Б., Пурич Д.Л. (январь 2007 г.). «Подвижность сперматозоидов нематод: неполярная полимеризация нитей, опосредованная моторами слежения за концами» . Биофиз. Дж . 92 (2): 622–31. Бибкод : 2007BpJ....92..622D . дои : 10.1529/biophysj.106.090472 . ПМК 1751402 . ПМИД 17056726 .
- ^ Робертс Т.М., Стюарт М. (февраль 1995 г.). «Передвижение сперматозоидов нематод». Курс. Мнение. Клеточная Биол . 7 (1): 13–7. дои : 10.1016/0955-0674(95)80039-5 . ПМИД 7755984 .
- ^ Робертс Т.М., Стюарт М. (апрель 2000 г.). «Действует как актин. Динамика цитоскелета основного белка спермы нематоды (MSP) указывает на двухтактный механизм подвижности амебоидных клеток» . Дж. Клеточная Биол . 149 (1): 7–12. дои : 10.1083/jcb.149.1.7 . ПМК 2175093 . ПМИД 10747081 .
- ^ Робертс Т.М., Салмон Э.Д., Стюарт М. (январь 1998 г.). «Гидростатическое давление показывает, что подвижность ламеллиподий в сперматозоидах аскарид требует зарождения и удлинения основных белковых нитей, связанных с мембраной» . Дж. Клеточная Биол . 140 (2): 367–75. дои : 10.1083/jcb.140.2.367 . ПМК 2132582 . ПМИД 9442112 .
- ^ Jump up to: а б с Боттино Д., Могилнер А. , Робертс Т., Стюарт М., Остер Г. (январь 2002 г.). «Как ползают сперматозы нематод». Дж. Клеточная наука . 115 (Часть 2): 367–84. дои : 10.1242/jcs.115.2.367 . ПМИД 11839788 .
- ^ Итальяно Дж.Э., Стюарт М., Робертс Т.М. (сентябрь 1999 г.). «Локальная деполимеризация основного белка цитоскелета спермы коррелирует с движением вперед тела клетки при амебоидном движении сперматозоидов нематод» . Дж. Клеточная Биол . 146 (5): 1087–96. дои : 10.1083/jcb.146.5.1087 . ПМК 2169480 . ПМИД 10477761 .
- ^ Вольгемут К.В., Мяо Л., Вандерлинде О., Робертс Т., Остер Дж. (апрель 2005 г.). «Динамика MSP управляет передвижением сперматозоидов нематод» . Биофиз. Дж . 88 (4): 2462–71. Бибкод : 2005BpJ....88.2462W . дои : 10.1529/biophysj.104.054270 . ПМК 1305345 . ПМИД 15665134 .
- ^ Тарр Д.Е., Скотт А.Л. (май 2005 г.). «Белки домена MSP». Тенденции Паразитол . 21 (5): 224–31. дои : 10.1016/j.pt.2005.03.009 . ПМИД 15837611 .
- ^ Леклер Л.Л., Стюарт М., Робертс Т.М. (июль 2003 г.). «Интегральный мембранный фосфопротеин массой 48 кДа управляет динамикой цитоскелета, которая генерирует подвижность амебоидных клеток в сперматозоидах аскарид». Дж. Клеточная наука . 116 (Часть 13): 2655–63. дои : 10.1242/jcs.00469 . ПМИД 12746486 . S2CID 18043008 .
- ^ Йи К., Баттери С.М., Стюарт М., Робертс Т.М. (май 2007 г.). «Киназа Ser/Thr, необходимая для мембранной сборки основного аппарата подвижности белков сперматозоидов в амебоидных сперматозоидах аскарид» . Мол. Биол. Клетка . 18 (5): 1816–25. doi : 10.1091/mbc.E06-08-0741 . ПМК 1855020 . ПМИД 17344482 .
- ^ Баттери С.М., Экман Г.К., Сиви М., Стюарт М., Робертс Т.М. (декабрь 2003 г.). «Вскрытие механизма подвижности сперматозоидов аскарид идентифицирует ключевые белки, участвующие в амебоидном движении на основе основных белков сперматозоидов» . Мол. Биол. Клетка . 14 (12): 5082–8. дои : 10.1091/mbc.E03-04-0246 . ПМК 284809 . ПМИД 14565983 .
- ^ Мяо Л., Вандерлинде О., Стюарт М., Робертс Т.М. (ноябрь 2003 г.). «Сокращение подвижности амебоидных клеток, обусловленное динамикой цитоскелета». Наука . 302 (5649): 1405–7. дои : 10.1126/science.1089129 . ПМИД 14631043 . S2CID 29011595 .
- ^ Робертс ТМ (март 2005 г.). «Основной белок спермы» . Курс. Биол . 15 (5): 153 р. Бибкод : 2005CBio...15.R153R . дои : 10.1016/j.cub.2005.02.036 . ПМИД 15753021 .
- ^ Говиндан Дж.А., Надараджан С., Ким С., Старич Т.А., Гринштейн Д. (июль 2009 г.). «Передача сигналов соматического цАМФ регулирует MSP-зависимый рост ооцитов и мейотическое созревание у C. elegans» . Разработка . 136 (13): 2211–21. дои : 10.1242/dev.034595 . ПМЦ 2729340 . ПМИД 19502483 .
- ^ Гринштейн Д. (2005). «Контроль мейотического созревания и оплодотворения ооцитов» . Червячная книга : 1–12. дои : 10.1895/wormbook.1.53.1 . ПМЦ 4781623 . ПМИД 18050412 .
- ^ Ченг Х., Говиндан Дж.А., Гринштейн Д. (май 2008 г.). «Регулируемый трафик рецептора MSP/Eph во время мейотического созревания ооцитов у C. elegans» . Курс. Биол . 18 (10): 705–14. Бибкод : 2008CBio...18..705C . дои : 10.1016/j.cub.2008.04.043 . ПМЦ 2613949 . ПМИД 18472420 .
- ^ Кувабара ЧП (январь 2003 г.). «Многогранный основной белок спермы C. elegans: антагонист передачи сигналов эфрина при созревании ооцитов» . Генс Дев . 17 (2): 155–61. дои : 10.1101/gad.1061103 . ПМИД 12533505 .
- ^ Скехель П.А., Мартин К.К., Кандель Э.Р., Барч Д. (сентябрь 1995 г.). «ВАМП-связывающий белок аплизии, необходимый для высвобождения нейромедиатора». Наука . 269 (5230): 1580–3. Бибкод : 1995Sci...269.1580S . дои : 10.1126/science.7667638 . ПМИД 7667638 .