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Cellular and Molecular Life Sciences[2022 IF 8.0]北(běi)京師(shī)範大學陳蘇仁課題組在CMLS發文揭示微管腔内結合蛋白(bái)TEKTIP1調控精子鞭毛軸絲穩定性的作用

2024年(nián)3月(yuè)7日,北(běi)京師(shī)範大學陳蘇仁課題組在國(guó)際細胞分子生(shēng)物(wù)學領域知名期刊Cellular and Molecular Life Sciences發表了題為(wèi)Tektin bundle interacting protein, TEKTIP1, functions to stabilize the tektin bundle and axoneme in mouse sperm flagella的研究論文,通(tōng)過基因敲除小(xiǎo)鼠和分子生(shēng)化手段揭示了TEKTIP1蛋白(bái)發揮著(zhe)穩定精子鞭毛微管腔内tektin束和軸絲穩定性的關鍵作用,推動了人們對于精子運動結構與分子機(jī)制的科學認識。







精子鞭毛以“9+2”軸絲為(wèi)核心,環繞著(zhe)中央2個(gè)單體微管的是9個(gè)外周二聯體微管(Doublet microtubule, DMT),其中A管為(wèi)完全微管,B管為(wèi)不完全微管。DMT中含有多(duō)種微管腔内結合蛋白(bái)(Microtubule inner protein, MIP),這些蛋白(bái)被推測對DMT的穩定性至關重要。哺乳動物(wù)精子DMT的特征是其複雜(zá)的築絲蛋白(bái)(tektin)束幾乎填滿了整個(gè)A管。在哺乳動物(wù)中發現了5種不同的tektin(tektin1~5)組成,tektin1~5基因敲除不同程度地影響了小(xiǎo)鼠精子運動能(néng)力,研究人員(yuán)還(hái)在弱精子症患者中鑒定到(dào)了TEKT3基因突變。


2021年(nián),Gui M等人在Cell雜(zá)志(zhì)發表文章[1]首次利用冷凍電(diàn)子顯微鏡(cryo-EM)解析了牛氣管纖毛的DMT結構,發現一(yī)種功能(néng)未知的新蛋白(bái),命名為(wèi)TEKTIP1(Tektin bundle interacting protein 1),其位于tektins束的中心,因此推定TEKTIP1可能(néng)發揮著(zhe)組裝和/或穩定tektins束的關鍵功能(néng)。


陳蘇仁課題組利用CRISPR/Cas9基因編輯技(jì)術(shù)構建了Tektip1基因敲除小(xiǎo)鼠,敲除鼠生(shēng)長(cháng)發育正常但雄性生(shēng)育力顯著降低(dī),主要表現為(wèi)一(yī)定程度的精子軸絲結構破壞和精子運動軌迹改變(圖1)。


圖1. Tektip1基因敲除小(xiǎo)鼠

精子運動軌迹和鞭毛軸絲結構





Tektip1基因敲除并不影響tektin 1~5蛋白(bái)的表達,但生(shēng)化實驗顯示其幹擾了tektin蛋白(bái)的互作和組裝。Tektip1基因敲除小(xiǎo)鼠睾丸中tektin 3的單體含量升高(gāo),而其聚體含量減低(dī);另外,tektin 3與tektin 1、tektin 2和tektin 4間的相(xiàng)互作用顯著減弱。


綜上(shàng)所述,本項研究對cryo-EM所解析的MIP結構進行了功能(néng)性驗證,揭示了TEKTIP1蛋白(bái)的确發揮著(zhe)穩定tektin束和軸絲結構的關鍵作用(圖2)。TEKTIP1基因突變可能(néng)是弱精子症潛在的緻病遺傳因素,尚需與臨床結合開(kāi)展相(xiàng)關研究。


圖2. 模式圖


北(běi)京師(shī)範大學為(wèi)第一(yī)完成單位,陳蘇仁副教授為(wèi)最後通(tōng)訊作者,在讀(dú)碩士研究生(shēng)耿新燕為(wèi)第一(yī)作者,該項研究受到(dào)國(guó)家自(zì)然科學基金面上(shàng)項目(32370905)等基金的資助。




原文鏈接:
https://link.springer.com/article/10.1007/s00018-023-05081-3



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