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Proteína principal del esperma

La proteína mayor del esperma ( MSP ) es una proteína pequeña específica de los nematodos de 126 aminoácidos con un peso molecular de 14 kDa . Es el actor clave en la maquinaria de motilidad de los nematodos que impulsa el movimiento de arrastre /movilidad del esperma del nematodo. Es la proteína más abundante presente en el esperma del nematodo , comprendiendo el 15% de la proteína total y más del 40% de la proteína soluble. La MSP se sintetiza exclusivamente en los espermatocitos de los nematodos. [1] La MSP tiene dos funciones principales en la reproducción de los helmintos : i) como componente citosólico es responsable del movimiento de arrastre del esperma maduro (sin flagelo), y ii) una vez liberada, actúa como hormona en las células germinales femeninas, donde desencadena la maduración del ovocito y estimula la contracción de la pared del oviducto para poner los ovocitos en posición para la fertilización . [2] La MSP se identificó por primera vez en Caenorhabditis elegans .

Estructura

Las estructuras moleculares de MSP de Ascaris suum y Caenorhabditis elegans se han determinado mediante cristalografía de rayos X [3] y espectroscopia de RMN . [4] [5] Las moléculas de MSP de estas especies comparten un 83% de identidad de secuencia y sus estructuras son muy similares.

La MSP no alberga ningún dominio conservado conocido. Está formada por un sándwich β de siete cadenas, con láminas β opuestas de tres y cuatro cadenas . Las cadenas laterales hidrófobas de las caras adyacentes en el sándwich forman el interior de la proteína. La estructura general de la MSP se asemeja a un pliegue de inmunoglobulina (pliegue de Ig). La MSP se puede clasificar como un tipo s de este pliegue, porque dos de sus cadenas están cambiando entre láminas β separadas, a diferencia del tipo c conservado de los pliegues de Ig. Los cambios de cadena únicos entre las láminas son el resultado de dos torceduras distintas en los residuos de cis -prolina 13 y 57 en la proteína de A. suum . [3]

Los monómeros MSP forman dímeros simétricos. La interacción entre los monómeros MSP en un dímero es muy estable, con interacciones presuntamente hidrofóbicas , de enlace de hidrógeno y de puente salino . Los residuos involucrados en la formación de la interfaz están entre el residuo 13 y el 29 en ambas cadenas MSP de A. suum del dímero.

La MSP se polimeriza espontáneamente tanto in vivo como in vitro a partir de dímeros en subfilamentos, filamentos, haces más grandes y redes de filamentos. [6]

Los dímeros MSP son los bloques de construcción más pequeños para estos conjuntos, ninguno de los cuales tiene polaridad general:

  1. subfilamentos, formados a partir de dímeros, conectados a una hélice larga. La interfaz dímero-dímero dentro del subfilamento único está formada por los residuos 112-119 de dos cadenas MSP de A. suum , que producen un apareamiento de cadena β-cadena β antiparalela. La interacción es menos hidrófoba y resulta principalmente de la formación de enlaces de hidrógeno, típicamente para interfaces entre moléculas que interactúan de manera reversible.
  2. filamentos , formados por dos subfilamentos que se enrollan uno alrededor del otro. Las interacciones dímero-dímero de MSP entre dos subfilamentos adyacentes en el filamento se caracterizan por cinco interfaces, principalmente entre los residuos 78-85 y 98-103. Los aminoácidos 78-85 son parte de un bucle superficial altamente expuesto que conecta diferentes láminas β y son divergentes entre C. elegans y A. suum . Sin embargo, el bucle que consta de 98-103 residuos está altamente conservado entre todas las isoformas en ambas especies del nematodo.
  3. fibras , macrofibras o haces, producidos por superenrollamiento de los filamentos. Los filamentos MSP de A. suum forman con frecuencia estructuras similares a cuerdas llamadas macrofibras. Los MSP de C. elegans forman principalmente balsas en las que varios filamentos están dispuestos paralelos entre sí. [4]

A diferencia de la actina , la MSP carece de un sitio de unión de ATP . Sin embargo, se observó que el ATP es necesario para el ensamblaje de filamentos de MSP en la superficie de la membrana plasmática . Se sugirió que el ATP activa las proteínas de seguimiento de extremos de filamentos de MSP unidas a la membrana o sus cofactores solubles . [7]

Funciones

Motilidad de los espermatozoides

Los espermatozoides de los nematodos se mueven de manera ameboidea al extender un pseudópodo . [8] A diferencia de la motilidad de las células basadas en actina, que se basa en elementos citoesqueléticos polares como los monómeros de actina o los dímeros de tubulina , la locomoción de los espermatozoides de los nematodos se basa en un pseudópodo y un citoesqueleto construido a partir de una red de filamentos MSP no polares. [1] [9] [10] Las dos diferencias principales entre la actina y el MSP son que el MSP no se une al ATP y la falta de polaridad en el MSP, lo que deshabilita la motilidad a través de proteínas motoras, como la miosina .

La locomoción en los nematodos se produce por extensión localizada del borde delantero del pseudópodo , unión del citoesqueleto al sustrato y retracción de la célula. El ensamblaje de filamentos de MSP en el borde delantero junto con el desensamblaje en la base del pseudópodo da como resultado un movimiento de rueda de ardilla, que corresponde a la locomoción de arrastre de los espermatozoides de los nematodos. [11]

La motilidad de los espermatozoides de los nematodos se basa en un mecanismo de empuje y tracción que requiere dos fuerzas desencadenadas por un gradiente de pH a lo largo del pseudópodo : una fuerza de protrusión y otra de tracción. La fuerza de protrusión se encuentra en el borde delantero y empuja contra la membrana celular . Esta fuerza se genera por la polimerización de los filamentos de MSP. Los filamentos de MSP se ensamblan en el citoplasma cerca del borde delantero del pseudópodo a partir de dímeros de MSP, lo que da lugar a extensiones. Estas extensiones permiten la interacción de los complejos de filamentos con los complejos circundantes, lo que da lugar a un citoesqueleto uniforme interconectado y conduce al movimiento de arrastre del citoesqueleto . El ensamblaje de filamentos de MSP se desencadena por factores externos, como los cambios de pH, [12] la fosfoproteína integral de membrana (MPOP) y las proteínas del dominio MSP (MDP). [11] [13] [14]

Una fosfoproteína de membrana integral de 48 kDa , la principal proteína de organización de polimerización de proteínas espermáticas (MPOP), es el punto de partida del pseudópodo y es necesaria para la polimerización localizada asociada a la membrana de MSP. [15] Esta proteína se distribuye en vesículas por toda la membrana pseudópoda. Las tirosina quinasas , que son sensibles al pH, fosforilan los residuos de tirosina de MPOP localizados en la punta del pseudópodo, lo que da como resultado la polimerización de los filamentos de MSP. [16] En Ascaris suum , se han identificado dos proteínas de fibra de MSP (MFP), MFP1 y 2, con efecto opuesto sobre la polimerización. MFP1 inhibe y MFP2 estimula el ensamblaje de MSP. [17] Los cambios en el pH controlan y activan la polimerización de MSP durante la espermatogénesis mediante un gradiente de pH dentro del pseudópodo del espermatozoide : el ensamblaje ocurre en el borde delantero donde el pH es alto, y el desensamblaje de los filamentos ocurre en la base donde el pH es bajo. [11] La degradación de los filamentos de MSP da como resultado una fuerza de tracción en la base del pseudópodo , que a su vez empuja el citoesqueleto hacia adelante. La combinación de estas dos fuerzas es la fuerza motriz que permite la motilidad del esperma. La unión del citoesqueleto al sustrato es necesaria para generar un movimiento direccional. [18] [19]

Afecta a las células germinales femeninas

La MSP afecta a los ovocitos en dos niveles:

  1. La MSP regula la maduración de los ovocitos. En C. elegans , los ovocitos detienen su ciclo meiótico en la metafase de la meiosis I , donde solo se reanuda en presencia de espermatozoides. La MSP se identificó como el factor molecular que desencadena la maduración meiótica de los ovocitos . Es secretada por los espermatozoides a través de un mecanismo de gemación vesicular y forma un gradiente de concentración extracelular. La MSP se une a VAB-1, que es una proteína tirosina quinasa del receptor Eph en los ovocitos . En ausencia de MSP, el receptor Eph VAB-1 inhibe la maduración meiótica de los ovocitos a través de la interacción con los inhibidores DAB-1/Disabled y RAN-1. La unión de la MSP evita esta inhibición y da como resultado la activación de la vía MAPK . [2] [20] [21] [22]
  2. La MSP también estimula la contracción de las células de la vaina gonadal, que es una vaina mioepitelial que rodea a los ovocitos proximales . Aumenta la tasa de contracciones de 10-13 a alrededor de 19 contracciones por minuto. La importancia de estas contracciones es promover la ovulación al inducir la envoltura del ovocito por la espermateca . [23]

Homólogos

Se han identificado genes MSP en especies de nematodos muy divergentes . Todos ellos tienen una identidad de secuencia de más del 60 % . [1]

Se identificaron proteínas con similitud de secuencia limitada en especies que van desde plantas hasta mamíferos. Uno de los homólogos es VAP33 de Aplysia californica . [24] VAP33 es una proteína necesaria para la liberación de neurotransmisores , que se une a la sinaptobrevina /VAMP de v- SNARE , asociada con la fusión de vesículas .

A pesar de que solo hay un 11 % de similitud en la secuencia, MSP y el extremo N de la chaperonina PapD asociada al pilus P bacteriano comparten una alta homología estructural y topológica en sus regiones de la lámina β. Tanto MSP como PapD pueden clasificarse como proteínas plegadas de inmunoglobulina de tipo s , caracterizadas por el cambio de cadena único mencionado anteriormente. [3]

Referencias

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