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Cellular and Molecular Life Sciences[2022 IF 8.0]北京師范大學(xué)陳蘇仁課題組在CMLS發(fā)文揭示微管腔內(nèi)結(jié)合蛋白TEKTIP1調(diào)控精子鞭毛軸絲穩(wěn)定性的作用

2024年3月7日,北京師范大學(xué)陳蘇仁課題組在國(guó)際細(xì)胞分子生物學(xué)領(lǐng)域知名期刊Cellular and Molecular Life Sciences發(fā)表了題為Tektin bundle interacting protein, TEKTIP1, functions to stabilize the tektin bundle and axoneme in mouse sperm flagella的研究論文,通過(guò)基因敲除小鼠和分子生化手段揭示了TEKTIP1蛋白發(fā)揮著穩(wěn)定精子鞭毛微管腔內(nèi)tektin束和軸絲穩(wěn)定性的關(guān)鍵作用,推動(dòng)了人們對(duì)于精子運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與分子機(jī)制的科學(xué)認(rèn)識(shí)。







精子鞭毛以“9+2”軸絲為核心,環(huán)繞著中央2個(gè)單體微管的是9個(gè)外周二聯(lián)體微管(Doublet microtubule, DMT),其中A管為完全微管,B管為不完全微管。DMT中含有多種微管腔內(nèi)結(jié)合蛋白(Microtubule inner protein, MIP),這些蛋白被推測(cè)對(duì)DMT的穩(wěn)定性至關(guān)重要。哺乳動(dòng)物精子DMT的特征是其復(fù)雜的筑絲蛋白(tektin)束幾乎填滿了整個(gè)A管。在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)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鼠精子運(yùn)動(dòng)能力,研究人員還在弱精子癥患者中鑒定到了TEKT3基因突變。


2021年,Gui M等人在Cell雜志發(fā)表文章[1]首次利用冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)解析了牛氣管纖毛的DMT結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)一種功能未知的新蛋白,命名為TEKTIP1(Tektin bundle interacting protein 1),其位于tektins束的中心,因此推定TEKTIP1可能發(fā)揮著組裝和/或穩(wěn)定tektins束的關(guān)鍵功能。


陳蘇仁課題組利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建了Tektip1基因敲除小鼠,敲除鼠生長(zhǎng)發(fā)育正常但雄性生育力顯著降低,主要表現(xiàn)為一定程度的精子軸絲結(jié)構(gòu)破壞和精子運(yùn)動(dòng)軌跡改變(圖1)。


圖1. Tektip1基因敲除小鼠

精子運(yùn)動(dòng)軌跡和鞭毛軸絲結(jié)構(gòu)





Tektip1基因敲除并不影響tektin 1~5蛋白的表達(dá),但生化實(shí)驗(yàn)顯示其干擾了tektin蛋白的互作和組裝。Tektip1基因敲除小鼠睪丸中tektin 3的單體含量升高,而其聚體含量減低;另外,tektin 3與tektin 1、tektin 2和tektin 4間的相互作用顯著減弱。


綜上所述,本項(xiàng)研究對(duì)cryo-EM所解析的MIP結(jié)構(gòu)進(jìn)行了功能性驗(yàn)證,揭示了TEKTIP1蛋白的確發(fā)揮著穩(wěn)定tektin束和軸絲結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用(圖2)。TEKTIP1基因突變可能是弱精子癥潛在的致病遺傳因素,尚需與臨床結(jié)合開展相關(guān)研究。


圖2. 模式圖


北京師范大學(xué)為第一完成單位,陳蘇仁副教授為最后通訊作者,在讀碩士研究生耿新燕為第一作者,該項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(32370905)等基金的資助。




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



文章中非變性電泳使用了Blue/Clear 非變性凝膠電泳試劑盒(RTD6139)非變性電泳蛋白質(zhì)Marker(45-880 kD)(RTD6137)。



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