Główne białko plemników

Domena MSP (główne białko spermy)
Struktura dimeru MSP z A. suum . Arkusze β są pokazane w pomarańczowych
identyfikatorach
Symbol	MSP_dom
Pfam	PF00635
InterPro	IPR000535
PROZYTA	PS50202
CATH	1MSP
Dostępne struktury białek: Pfam   konstrukcje / ECOD   WPB RCSB WPB ; PDBe ; WPBj Suma WPB podsumowanie struktury

identyfikatory
białek plemników
Organizm	C. elegancja
Symbol	msp-19
Entrez	173981
WPB	1MSP
UniProt	P53017
Szukaj Struktury Model szwajcarski Domeny InterPro

Główne białko plemnika ( MSP ) jest swoistym dla nicieni małym białkiem składającym się ze 126 aminokwasów i masie cząsteczkowej 14 kDa . Jest kluczowym graczem w mechanizmie ruchliwości nicieni, który napędza pełzający /ruchliwość plemników nicieni. Jest to najobficiej występujące białko w plemnikach nicieni , stanowiące 15% białka całkowitego i ponad 40% białka rozpuszczalnego. MSP jest syntetyzowany wyłącznie w spermatocytach nicieni. MSP pełni dwie główne funkcje w reprodukcji robaków : i) jako składnik cytozolu odpowiada za ruch pełzający dojrzałego plemnika (bez wici) oraz ii) po uwolnieniu działa jak hormon na żeńskie komórki rozrodcze, gdzie wyzwala dojrzewanie oocytów i stymuluje kurczenie się ściany jajowodu , aby umieścić oocyty w pozycji do zapłodnienia . MSP został po raz pierwszy zidentyfikowany w Caenorhabditis elegans .

Struktura

Struktury molekularne MSP z Ascaris suum i Caenorhabditis elegans określono za pomocą krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii NMR . Cząsteczki MSP z tych gatunków mają 83% identyczności sekwencji , a ich struktury są bardzo podobne.

MSP nie zawiera żadnej znanej konserwatywnej domeny. Wykonany jest z siedmiopasmowej kanapki β, mającej przeciwległe trzyniciowe i czteroniciowe arkusze β . Hydrofobowe łańcuchy boczne z sąsiednich powierzchni w kanapce tworzą wnętrze białka. Ogólna struktura MSP przypomina fałd immunoglobuliny (fałd Ig). MSP można sklasyfikować jako typ s tego fałdu, ponieważ dwie jego nici przełączają się między oddzielnymi arkuszami β, w przeciwieństwie do konserwatywnego typu c fałdów Ig. Unikalne przełączenia nici między arkuszami wynikają z dwóch wyraźnych załamań w cis -prolinie reszty 13 i 57 w białku A. suum .

Monomery MSP tworzą symetryczne dimery. Interakcja między monomerami MSP w dimerze jest bardzo stabilna, z domniemanymi interakcjami hydrofobowymi , wiązaniami wodorowymi i mostkami solnymi . Reszty zaangażowane w tworzenie interfejsów znajdują się między resztami 13 a 29 w obu łańcuchach A. suum MSP dimeru.

MSP spontanicznie polimeryzuje zarówno in vivo , jak i in vitro z dimerów do subfilamentów, włókien, większych wiązek i sieci włókien.

Dimery MSP są najmniejszymi elementami składowymi tych zespołów, z których żaden nie ma ogólnej polaryzacji:

1. subfilamenty, utworzone z dimerów, połączone z długą helisą. Interfejs dimer-dimer w obrębie pojedynczego subfilamentu jest utworzony przez reszty 112-119 dwóch A. suum , które tworzą antyrównoległe parowanie nici β-nici β. Oddziaływanie jest mniej hydrofobowe i wynika głównie z tworzenia wiązań wodorowych, typowych dla interfejsów między odwracalnie oddziałującymi cząsteczkami.
2. włókna , utworzone przez dwa włókna podrzędne zwinięte wokół siebie. Oddziaływania dimer-dimer MSP między dwoma sąsiednimi włóknami podrzędnymi we włóknie charakteryzują się pięcioma interfejsami, głównie między resztami 78-85 i 98-103. Aminokwasy 78-85 są częścią silnie odsłoniętej pętli powierzchniowej łączącej różne arkusze β i różnią się między C. elegans i A. suum . Jednak pętla składająca się z 98-103 reszt jest wysoce konserwatywna między wszystkimi izoformami u obu gatunków nicienia.
3. włókna , makrowłókna lub wiązki, wytworzone przez superskręcenie włókien ciągłych. Włókna A. suum MSP często tworzą struktury przypominające liny zwane makrowłóknami. C. elegans MSP tworzy przeważnie tratwy, w których kilka włókien jest ułożonych równolegle względem siebie.

W przeciwieństwie do aktyny , MSP nie ma miejsca wiązania ATP . Zauważono jednak, że ATP jest wymagany do montażu włókna MSP na powierzchni błony plazmatycznej . Zasugerowano, że ATP aktywuje albo związane z błoną białka śledzące koniec włókna MSP, albo ich rozpuszczalne kofaktory .

Funkcje

Ruchliwość plemników

Plemniki nicieni poruszają się w sposób ameboidalny poprzez rozciąganie pseudopoda . W przeciwieństwie do ruchliwości komórek opartych na aktynie, która jest oparta na polarnych elementach cytoszkieletu, takich jak aktyny lub dimery tubuliny , lokomocja plemników nicieni opiera się na pseudopodu i cytoszkielecie zbudowanym z sieci niepolarnych włókien MSP. Dwie główne różnice między aktyną a MSP polegają na tym, że MSP nie wiąże ATP i brak polarności w MSP, co uniemożliwia ruchliwość poprzez białka motoryczne, takie jak miozyna .

Poruszanie się nicieni odbywa się poprzez miejscowe rozciąganie przedniej krawędzi pseudonóżki , przyczepianie się cytoszkieletu do podłoża i cofanie się komórki. Złożenie włókien MSP na krawędzi natarcia wraz z rozłożeniem u podstawy pseudonóżki powoduje ruch bieżni, który odpowiada ruchowi pełzającemu plemników nicieni.

Ruchliwość plemników nicieni opiera się na mechanizmie push-pull, który wymaga dwóch sił wyzwalanych przez gradient pH wzdłuż pseudopoda : jednej siły wypychania i drugiej siły pociągania. Siła wystająca jest zlokalizowana na krawędzi natarcia i naciska na błonę komórkową . Siła ta jest generowana przez polimeryzację włókien MSP. Włókna MSP są składane w cytoplazmie w pobliżu przedniej krawędzi pseudopoda z dimerów MSP, co powoduje wydłużenie. Te rozszerzenia umożliwiają interakcję kompleksów włókien z otaczającymi kompleksami, co skutkuje wzajemnie połączonym jednorodnością cytoszkieletu i prowadząc do ruchu pełzającego cytoszkieletu . Zespół włókna MSP jest wyzwalany przez czynniki zewnętrzne, takie jak zmiany pH, integralna fosfoproteina błony (MPOP) i białka domeny MSP (MDP).

Integralna fosfoproteina błonowa o masie 48 kDa , główne białko organizacji polimeryzacji białek plemników (MPOP), jest punktem wyjścia pseudopoda i jest wymagana do zlokalizowanej polimeryzacji MSP związanej z błoną. Białko to jest rozprowadzane w pęcherzykach w całej błonie rzekomopodalnej. Kinazy tyrozynowe , które są wrażliwe na pH, fosforylują reszty tyrozynowe MPOP zlokalizowane na końcu pseudonóżki, powodując w ten sposób polimeryzację włókien MSP. In Ascaris suum , zidentyfikowano dwa białka włókien MSP (MFP), MFP1 i 2, o przeciwnym wpływie na polimeryzację. MFP1 hamuje, a MFP2 stymuluje montaż MSP. Zmiany pH zarówno kontrolują, jak i aktywują polimeryzację MSP podczas spermatogenezy poprzez gradient pH w pseudonóżce plemnika : montaż zachodzi na krawędzi natarcia, gdzie pH jest wysokie, a demontaż włókien następuje u podstawy, gdzie pH jest obniżone. Degradacja włókien MSP powoduje powstanie siły pociągowej u podstawy pseudonóżki , która z kolei pociąga cytoszkielet do przodu. Połączenie tych dwóch sił jest siłą napędową, która umożliwia ruchliwość plemników. Do generowania ruchu kierunkowego wymagane jest przyczepienie cytoszkieletu do podłoża .

Wpływa na żeńskie komórki rozrodcze

MSP wpływa na oocyty na dwóch poziomach:

1. MSP reguluje dojrzewanie oocytów. U C. elegans oocyty zatrzymują swój cykl mejotyczny w metafazie mejozy I , gdzie jest on wznawiany dopiero w obecności plemników . MSP zidentyfikowano jako czynnik molekularny wyzwalający dojrzewanie mejotyczne oocytów . Jest wydzielany przez plemniki poprzez mechanizm pączkowania pęcherzyków i tworzy zewnątrzkomórkowy gradient stężeń. MSP wiąże się z VAB-1, który jest białkową kinazą tyrozynową receptora Eph na oocytach . W przypadku braku MSP, receptor VAB-1 Eph hamuje mejotyczne dojrzewanie oocytów poprzez interakcję z inhibitorami DAB-1/Disabled i RAN-1. Wiązanie MSP zapobiega temu hamowaniu i powoduje aktywację MAPK .
2. MSP stymuluje również skurcz komórek osłonki gonad, która jest osłonką mioepitelialną otaczającą proksymalne oocyty . Zwiększa częstość skurczów z 10-13 do około 19 skurczów na minutę. Znaczenie tych skurczów polega na promowaniu owulacji poprzez indukowanie otoczki oocytu przez spermatekę .

homologi

Geny MSP zidentyfikowano u bardzo różnych gatunków nicieni . Wszystkie mają ponad 60% identyczności sekwencji .

Białka o ograniczonym podobieństwie sekwencji zidentyfikowano u różnych gatunków, od roślin po ssaki. Jednym z homologów jest VAP33 z Aplysia californica . VAP33 jest białkiem wymaganym do neuroprzekaźnika , które wiąże się z synaptobrewiną v- SNARE /VAMP, związaną z fuzją pęcherzyków .

Pomimo tylko 11% podobieństwa sekwencji, MSP i koniec N bakteryjnego białka opiekuńczego PapD związanego z pilusem P mają wysoką homologię strukturalną i topologiczną w swoich regionach arkusza β. Zarówno MSP, jak i PapD można zaklasyfikować do fałdowanych immunoglobulin typu s , charakteryzujących się wspomnianym powyżej unikalnym przełączaniem nici.