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

2024年3月7日,北京師范大學陳蘇仁課題組在國際細胞分子生物學領域知名期刊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tektin束和軸絲穩(wěn)定性的關鍵作用,推動了人們對于精子運動結構與分子機制的科學認識。







精子鞭毛以“9+2”軸絲為核心,環(huán)繞著中央2個單體微管的是9個外周二聯(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結合蛋白(Microtubule inner protein, MIP),這些蛋白被推測對DMT的穩(wěn)定性至關重要。哺乳動物精子DMT的特征是其復雜的筑絲蛋白(tektin)束幾乎填滿了整個A管。在哺乳動物中發(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動能力,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結構,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束的關鍵功能。


陳蘇仁課題組利用CRISPR/Cas9基因編輯技術構建了Tektip1基因敲除小鼠,敲除鼠生長發(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構破壞和精子運動軌跡改變(圖1)。


圖1. Tektip1基因敲除小鼠

精子運動軌跡和鞭毛軸絲結構





Tektip1基因敲除并不影響tektin 1~5蛋白的表達,但生化實驗顯示其干擾了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,本項研究對cryo-EM所解析的MIP結構進行了功能性驗證,揭示了TEKTIP1蛋白的確發(fā)揮著穩(wěn)定tektin束和軸絲結構的關鍵作用(圖2)。TEKTIP1基因突變可能是弱精子癥潛在的致病遺傳因素,尚需與臨床結合開展相關研究。


圖2. 模式圖


北京師范大學為第一完成單位,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,該項研究受到國家自然科學基金面上項目(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Marker(45-880 kD)(RTD6137)



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