・392・
文章编号:1000-1336(2006)05-0392-04
生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
●RecentProgresses
哺乳动物精卵黏附和融合的分子基础
段晓刚张红国刘睿智
(东北师范大学遗传与细胞研究所,
长春130024;
1
1
李晓影鲁郎芳
长春130021)
吉林大学基础医学院细胞生物学教研室,
摘要:哺乳动物受精是一个多分子参与的多级过程,在精卵融合形成一个受精卵时达到顶点。新的研究已表
明:精卵黏附后,精子膜从赤道区开始与卵膜融合;有精子膜上的去整合蛋白金属蛋白酶蛋白家族(ADAM)、
Izumo、附睾蛋白DE、卵膜上的整合蛋白、四次跨膜蛋白CD9、CD81、糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白等多种分子参
与精卵黏附和融合过程。关键词:
精卵黏附和融合;
受精蛋白;
Izumo;四次跨膜蛋白CD9;糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白
中图分类号:R321,Q492
哺乳动物受精是一个由多个分子参与的多级过程,在精卵黏附、膜融合形成受精卵时达到顶点。精子与卵母细胞融合首先要穿透卵母细胞外基质的两层结构:卵丘颗粒细胞层和透明带
面———顶体内膜(inneracrosomalmembrane),改变
了精子形态[1]。后顶体膜保留下来,在后顶体膜和顶体内膜之间是赤道区(equatorialregion),赤道区细胞膜结构也发生相应变化,以适应即将发生的膜融合。当精子接触到卵母细胞膜上的微绒毛的顶端时,周围的微绒毛会快速地伸长和聚集到精子上,把精子牢牢抓住,以促进与卵母细胞的融合。随后,精卵膜融合首先从赤道区的细胞膜开始,精子膜结合到卵母细胞膜上,最后精子核进入卵母细胞质中,二者融合为一体[2](图1)。
(ZP)。正常情况下,只有一个精子能穿透这两层
与卵母细胞质膜相互作用,使膜融合形成受精卵。获能过程的超激活使精子足够穿越卵丘颗粒细胞层,接受ZP信号的精子发生顶体反应,最终形成受精卵[1]。新的研究揭示了精卵黏附和膜融合的分子基础。
1.精卵黏附和膜融合
精子头部顶体前方的细胞膜称为前顶体区,
其上的蛋白质与精子识别卵母细胞引起顶体反应有关。精子头部非顶体区的细胞膜称为后顶体区,在前顶体区和后顶体区之间的部分称为赤道区,赤道区的细胞膜上有与卵膜融合的融合蛋白。
卵子有一个独特的结构,最外层围绕着数千个颗粒细胞,其内是透明带。透明带的内层,即卵母细胞膜可以分为两种表面区域:一是无微绒毛的区域,专指减数分裂纺锤体外侧区域;一是富含微绒毛的区域,除减数分裂纺锤体外侧区的其他全部区域,现已知精卵融合主要发生在该区域,在缺少微绒毛的区域精卵很少融合。
精子借助顶体反应穿过卵母细胞透明带,同时,顶体反应导致精子膜发生重大的改变。精子头部前顶体区细胞膜脱落,暴露出一层新的膜表
———————————
收稿日期:2006-05-22
吉林省科技厅基金资助项目(No.200505140)作者简介:
段晓刚(1651—),男,硕士,副教授,硕士生导
师,联系作者,E-mail:duanxiaogang@yahoo.com.cn
图1精子膜与卵母细胞膜融合[2]
C,精子进入微绒毛区;d,精子在赤道区开始与卵母细胞膜融合;e,精子核被释放进入卵母细胞质中。
inneracrosomalmembrane,顶体内膜;equatorialsegment,赤道区;oocytemicrovilli,卵母细胞微绒毛。
2.
精子膜上相关蛋白质分子
●新进展
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・393・
2.1去整合蛋白金属蛋白酶蛋白家族(ADAM)
精子膜上的去整合蛋白金属蛋白酶结构域蛋白家族
(familyofproteinwithadisintegrinandmetallopro-teasedomain,ADAM),包含α受精蛋白(fertilinα),β受精蛋白(fertilinβ)和富半胱氨酸睾蛋白(cyritestin),分别被称为ADAM1、ADAM2和ADAM3,它们都含有一个去整合蛋白和金属蛋白酶结构域。β受精蛋白最初被称为PH-30;而富半胱氨酸睾蛋白作为一种单独的蛋白质起作用;α
受精蛋白有一个氨基酸序列称为融合肽,与去整合蛋白结构域一起能够与卵母细胞上的整合蛋白相结合,该融合肽具有以下特征:(1)具有膜结合亚基;(2)具有强的疏水性等。因此,精子上的
ADAM可能在精卵黏附和融合中起重要的作用[2]。
受精蛋白,由ADAM1和ADAM2两个亚基组成的蛋白质复合体(图2),具有一般细胞分泌的黏着蛋白的特性,富含精氨酸(R)-甘氨酸(G)-天冬氨酸(D)相连,这种特性能使其蛋白质嵌入与之结
合的蛋白质内使二者合二为一。体外研究显示,受精蛋白的N末端是推定的整合蛋白结合域,会结合到卵母细胞膜内的整合蛋白上,以帮助精子黏附于卵母细胞膜上,准备融合。
Kim等[3]报道:缺乏ADAM1b的突变雄性小
鼠是能生育的;ADAM1b丢失的结果对精子功能
没有太大影响,如不影响精子从子宫向输卵管的运动、结合透明带、和无透明带卵母细胞的融合。尽管睾丸精子细胞的ADAM2正常出现,
但
ADAM1b缺陷的附睾精子表现出细胞表面ADAM2严重减少。ADAM1b和ADAM2在精子表面的出现依赖于在睾丸精子上ADAM1b/ADAM2受精蛋白的
大量形成。另外,有体外实验显示缺乏受精蛋白的精子能使卵母细胞受精,但效率极差,提示其可能与其他蛋白质共同调节精卵的黏附和融合。
2.2IzumoIzumo是第一个被发现的精子相关精卵融合因子(图2),该分子是免疫球蛋白超家族
的一个成员。存在与人精子中,抗Izumo的抗体能阻止精卵融合。
Inoue等[4]报道:Izumo-/-小鼠是健康的但雄性
不育,能产生表面正常的精子,能结合和穿透透明带,但不能与卵融合。实验表明:完成顶体反应的Izumo-/-精子不能与卵母细胞融合,而通过单精子胞质内注射(intracytoplasmicsperminjection,
ICSI),使Izumo-/-精子绕过融合过程直接进入胞质
中,此时卵母细胞能被成功激活,受精卵正常移
植,胚胎能正常发育,结果与野生型的精子受精结果基本一致。
图2引发受精的事件及精卵融合相关候选分子[12]
Acrosome-intactsperm,顶体反应精子;Cumuluscell,卵丘细胞;Acrosomereaction,顶体反应;Zonapellucida,透明带;
Perivitellinespace,卵周隙;Eggplasma
membrane,卵膜;Fertilinα
β,αβ受精蛋白;Spermplasmamembrane,精子质膜;Cyritestin,富半胱氨酸睾蛋白;GPI-anchoredprotein,糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白;
Integrin,整合蛋白。
2.3附睾蛋白De
精子在附睾中成熟期间,附睾蛋白De(epididymalproteinDe)与精子表面相结合。附睾蛋白De因为在精子表面也表达,因此成为一个参与融合的候选分子。附睾蛋白De是一个37kD的糖蛋白,由附睾上皮细胞合成并分泌,又称为富含半胱氨酸的分泌蛋白1(cysteine-
richsecretoryprotein1,CRISP1)。Cohen等[5]报道:在附睾蛋白De上缺少去整合蛋白结构域表明,附睾蛋白De不包含在去整合蛋白–整合蛋
白相互作用的机制中,可能与卵母细胞上相关结合位点相互作用。
3.卵母细胞膜上相关蛋白质分子
3.1整合蛋白
整合蛋白(Integrin)是目前公认的精子ADAM在卵母细胞膜上的受体。有关整合蛋白的研究较多,是精卵相互结合主要的候选蛋白。整合蛋白家族的第一个受到重视的成员是
α6β1,GoH3作为抗α6整合蛋白亚基的功能性抗
体,能阻断精卵黏附和膜融合。来自于受精蛋白
β去整合蛋白结构域的部分或全部的序列的多个
肽能与α6β1整合蛋白相结合。目前,有关α6β1
整合蛋白对精卵黏附的作用还没有确切定论,由于不同条件下用GoH3mAb进行的一些试验表明
,
・394・
生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
●RecentProgresses
精卵膜结合没有被阻断,但是整合蛋白在精卵黏附和融合中的作用并非是多余的[2]。整合蛋白作为受体与去整合蛋白相互作用,是精卵相互作用的执行者[6]。
3.2四次跨膜蛋白CD9
卵母细胞膜上的CD9是广泛存在的四次跨膜蛋白家族(tetraspanortrans-
membranefoursuperfamilyprotein)的一种,其分子有4个跨膜区、大小2个胞外环。尽管四次跨膜
蛋白的功能域还不清楚,但一些报道显示它能与其他蛋白质相互作用,如整合蛋白、免疫球蛋白、蛋白聚糖、补体调节蛋白(complementregula-
toryprotein)、生长因子受体等。因此,CD9被认
为是一种多蛋白复合体,能在多种细胞和生理过程中起作用,如病毒感染、细胞支持和运动和肌细胞融合等。1999年,Chen等首次发现抗CD9抗体能抑制体外精卵黏附和融合,发现了CD9在受精中的作用。与这些结果相一致的是,CD9在小鼠卵母细胞表面大量表达,除了减数分裂纺锤体的区域(整个卵母细胞唯一没有微绒毛的区域,此处精卵融合几乎无效)外,分布于几乎整个卵子的表面。研究发现,CD9的分布区域与α6整合蛋白的区域一致,整合蛋白作为受精蛋白的受体,也可能与精子表面的CD9相互作用[2]。
Zhu等[7]发现:从缺乏CD9的小鼠体内取出
卵母细胞,此卵母细胞与精子融合的能力严重损害,但如果将野生型CD9mRNA注射到卵母细胞中,则精卵融合能力可以得到恢复。CD9功能区包括大的胞外环(第二个环),该区域特定的氨基酸序列SFQ被认为是CD9在精卵融合中的激活位点。研究发现:若174氨基酸残基(F-A)发生点突变或者173-175(SFQ-AAA)发生突变,将严重降低精卵黏附的能力。
Higginbottom等[8]发现:小鼠CD9的大胞外环仅抑制融合,但来自CD9的大胞外环既能抑制精卵黏附又能抑制融合。Ziyyat等[9]研究表明:CD9
控制一些膜蛋白的重新分配,包括四次跨膜蛋白和α6β1整合蛋白聚集形成簇(cluster)等,而这些簇对精卵融合是必需的。
3.3CD81Rubinstein等[10]等报道:CD81在卵母细胞表面表达,与富含四次跨膜结构相联系。另
外,一个主要的CD9和CD81合作者CD9P-1也在卵母细胞上表达。CD81基因缺失导致雌性生育
40%的减少,体外受精表明这种不育确实是由精卵不能融合所致。CD9-/-小鼠的生育严重削弱但不
完全,而CD9-/-和CD81-/-双基因剔除小鼠是完全不育的,提示CD9和CD81在精卵融合过程中执行相互补充的作用。研究发现:CD9的一个片段从CD81-/-卵子上转移到出现在卵母细胞微绒毛区域的精子上,表明CD81-/-卵子融合的缺失不是因为早期精卵相互作用的削弱。
3.4糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白
基因剔除研究表明:卵母细胞膜上的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白
(glycosylphosphatidyli-nositol-anchoredprotein,GPI-AP)对受精卵是必需的。GPI-AP是一个不同
功能亚基组成的蛋白质聚集体,包括支持分子、受体、补体调节物(complementregulator)、酶和信号分子。除了C末端连接脂质外,它们都有一个富含胆固醇和鞘脂类的微结构域定位在质膜中。用磷脂酰肌醇-磷脂酶C(phosphatidylinositol-spe-
cificphospholipaseC,PI-PLC)处理小鼠卵母细胞
会释放两个GPI-AP,导致精卵黏附减弱,融合
被严重地阻止。
Alfieri等[11]报道:体外实验显示基因剔除的卵母细胞与精子融合的能力严重缺陷,表明GPI-AP对精卵黏附是必需的。质膜蛋白中GPI锚定补体(GPI-anchoredcomplement)的丢失,能通过改变GPI-AP包含的脂质结构和功能来阻止精卵融合。研究发现,CD55是一个GPI-AP补体调节蛋白,CD55基因剔除小鼠是能生育的,结果表明:对精卵黏附而言,并不需要全部的GPI-AP补体调节
蛋白都存在。
4.展望
精卵黏附与融合是一个多种分子参与的复杂过程,目前所知的相关分子还难以说明其具体的
分子机制。Schultz等[12]报道了新的精卵融合的分子概况(图2),更多的精卵黏附和膜融合相关分子的鉴定和描述,将会有助于更好地理解哺乳动物精卵融合的分子机制。近来,β受精蛋白和富含半胱氨酸睾蛋白的研究颇受关注,有研究显示,在它们缺乏的情况下,精卵融合能够发生。精子膜上缺少Izumo,精卵不能融合;GPI-AP在精卵黏附和融合中起重要作用;在小鼠中缺少CD9和
CD81,受精会完全被阻止。
受精过程包括精卵识别、支持、黏附、融合和卵母细胞被激活,其中的任何一步被阻止都会导致受精不能完成,结果致使不育。当前,临床上对精液常规检测技术已基本成熟,对诱导顶体反应的研究也不少;体外受精(IVF)、胞质内精子
●新进展
文章编号:1000-1336(2006)05-0395-04
生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
・395・
病毒诱导I型干扰素产生的机制
李军
(
1
1,2
曾芸
2
广西兽医研究所,南宁530001;
2
广西大学动物科学技术学院,南宁530005)
摘要:病毒的病原体相关分子模式被细胞的相关受体识别后,分别经过Toll样受体途径和核酸结合蛋白途径进
行信号转导,启动β-干扰素的转录和合成。从感染细胞分泌的β-干扰素与细胞膜上I型干扰素共有的受体结合后,经Jak/STAT信号途径刺激细胞产生一系列具有抗病毒效应的的干扰素刺激因子。干扰素调节因子7作为一种干扰素刺激因子在启动随后的α、β-干扰素转录中起着重要作用。α-干扰素的产生进一步放大了产生干扰素刺激基因的信号,形成一个正反馈回路,加强了免疫应答的强度和延长免疫应答的时间。关键词:
病毒;
Toll样受体;RIG-I;Mda-5;I型干扰素
中图分类号:Q51
病毒作为一种只具有核酸(DNA或RNA)和蛋
白质的简单生物体,决定了它只能通过感染的形式,依赖细胞进行复制和生存。机体的天然免疫应答是机体对抗病毒入侵的第一道防线,阻止病毒从感染细胞向邻近的未感染细胞扩散。天然免疫应答的一个重要方面是I型干扰素(IFN-I)的合成和分泌。IFN-I是一类具有抗病毒活性、抗细胞增殖和免疫调节作用的蛋白质,包括IFN-β、
引发各种生理反应。目前对病毒诱导I型干扰素
产生的机制研究较为深入,本文将对其最新的进展作一综述。
1.PAMP与细胞受体的结合
病原体在漫长的进化过程中,一直保留着一
部分被称为病原体相关分子模式(pathogen-
associatedmolecularpattern,PAMP)的结构成分。PAMP为某一大组或几大组病原体共有,故其所
代表的是一种分子模式而非某一特定结构,它完全不同于宿主机体自身成分。机体的天然免疫系统,通过在进化过程中产生的一套模式识别受体来识别这些非己的PAMP,并采取相应对策清除入侵的病原体。病毒感染宿主细胞时,细胞表达的
IFN-ω和多个IFN-α亚型。I型干扰素可与细胞
膜上的特异性受体结合,引发级联性的信号放大过程,将信号最后传递到细胞核内,对一系列干扰素刺激基因(ISG)的表达进行调控,诱导靶细胞产生特异性抗病毒蛋白,如双链RNA依赖的蛋白激酶R(PKR)、2′,5′-寡聚腺苷酸合成酶等,并
———————————
收稿日期:
PAMP受体识别和递呈病毒的PAMP,经一系列的
信号转导最终导致抗病毒效应基因的表达。病毒蛋白和富含尿嘧啶的核酸或者病毒,在复制过程产生的双链RNA都可以作为PAMP,而细胞的
2006-08-03
李军(1971—),男,博士生,助理研究员,E-
曾芸(1972—),女,硕士,讲师,
广西大学科研基金项目(No.X061032)作者简介:
mail:jlee9981@163.com;E-mail:yzeng323@163.com
Toll样受体或核酸结合蛋白都可以识别PAMP[1,2],
并经下列途径进行信号转导。
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
注射(ICSI)等辅助生殖技术的发展也很快。但是,对精卵结合的检测却很少。更多相关分子的鉴定将会更好地理解生育调控,发展更多的检测精卵结合的测定方法,这对进一步探索人类不育的诊断和治疗方法将会打开更宽阔的前景。
参
[1][2]
[3][4][5][6][7][8][9]
KimEetal.JBiolChem,2006,281(9):5634—5639InoueNetal.Nature,2005,434(7030):234—238CohenDJetal.BiolReprod,2000,63(2):462—468ShrimaliRKetal.IndianJExpBiol,2000,38(5):415—424ZhuGZetal.Development,2002,129(8):1995—2002HigginbottomAetal.BiochemBiophysResCommun,2003,311(1):208—214
ZiyyatAetal.JCellSci,2006,119(Pt3):416—424[10]RubinsteinEetal.DevBiol,2006,290(2):351—358
SteinKKetal.JCellSci,2004,117(Pt26):6269—6274KajiKetal.Reproduction,2004,127(4):423—429
[11]AlfieriJAetal.JCellSci,2003,116(Pt11):2149—2155[12]SchultzRetal.Nature,2005,434(7030):152—153
考文献
・392・
文章编号:1000-1336(2006)05-0392-04
生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
●RecentProgresses
哺乳动物精卵黏附和融合的分子基础
段晓刚张红国刘睿智
(东北师范大学遗传与细胞研究所,
长春130024;
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1
李晓影鲁郎芳
长春130021)
吉林大学基础医学院细胞生物学教研室,
摘要:哺乳动物受精是一个多分子参与的多级过程,在精卵融合形成一个受精卵时达到顶点。新的研究已表
明:精卵黏附后,精子膜从赤道区开始与卵膜融合;有精子膜上的去整合蛋白金属蛋白酶蛋白家族(ADAM)、
Izumo、附睾蛋白DE、卵膜上的整合蛋白、四次跨膜蛋白CD9、CD81、糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白等多种分子参
与精卵黏附和融合过程。关键词:
精卵黏附和融合;
受精蛋白;
Izumo;四次跨膜蛋白CD9;糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白
中图分类号:R321,Q492
哺乳动物受精是一个由多个分子参与的多级过程,在精卵黏附、膜融合形成受精卵时达到顶点。精子与卵母细胞融合首先要穿透卵母细胞外基质的两层结构:卵丘颗粒细胞层和透明带
面———顶体内膜(inneracrosomalmembrane),改变
了精子形态[1]。后顶体膜保留下来,在后顶体膜和顶体内膜之间是赤道区(equatorialregion),赤道区细胞膜结构也发生相应变化,以适应即将发生的膜融合。当精子接触到卵母细胞膜上的微绒毛的顶端时,周围的微绒毛会快速地伸长和聚集到精子上,把精子牢牢抓住,以促进与卵母细胞的融合。随后,精卵膜融合首先从赤道区的细胞膜开始,精子膜结合到卵母细胞膜上,最后精子核进入卵母细胞质中,二者融合为一体[2](图1)。
(ZP)。正常情况下,只有一个精子能穿透这两层
与卵母细胞质膜相互作用,使膜融合形成受精卵。获能过程的超激活使精子足够穿越卵丘颗粒细胞层,接受ZP信号的精子发生顶体反应,最终形成受精卵[1]。新的研究揭示了精卵黏附和膜融合的分子基础。
1.精卵黏附和膜融合
精子头部顶体前方的细胞膜称为前顶体区,
其上的蛋白质与精子识别卵母细胞引起顶体反应有关。精子头部非顶体区的细胞膜称为后顶体区,在前顶体区和后顶体区之间的部分称为赤道区,赤道区的细胞膜上有与卵膜融合的融合蛋白。
卵子有一个独特的结构,最外层围绕着数千个颗粒细胞,其内是透明带。透明带的内层,即卵母细胞膜可以分为两种表面区域:一是无微绒毛的区域,专指减数分裂纺锤体外侧区域;一是富含微绒毛的区域,除减数分裂纺锤体外侧区的其他全部区域,现已知精卵融合主要发生在该区域,在缺少微绒毛的区域精卵很少融合。
精子借助顶体反应穿过卵母细胞透明带,同时,顶体反应导致精子膜发生重大的改变。精子头部前顶体区细胞膜脱落,暴露出一层新的膜表
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收稿日期:2006-05-22
吉林省科技厅基金资助项目(No.200505140)作者简介:
段晓刚(1651—),男,硕士,副教授,硕士生导
师,联系作者,E-mail:duanxiaogang@yahoo.com.cn
图1精子膜与卵母细胞膜融合[2]
C,精子进入微绒毛区;d,精子在赤道区开始与卵母细胞膜融合;e,精子核被释放进入卵母细胞质中。
inneracrosomalmembrane,顶体内膜;equatorialsegment,赤道区;oocytemicrovilli,卵母细胞微绒毛。
2.
精子膜上相关蛋白质分子
●新进展
生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
・393・
2.1去整合蛋白金属蛋白酶蛋白家族(ADAM)
精子膜上的去整合蛋白金属蛋白酶结构域蛋白家族
(familyofproteinwithadisintegrinandmetallopro-teasedomain,ADAM),包含α受精蛋白(fertilinα),β受精蛋白(fertilinβ)和富半胱氨酸睾蛋白(cyritestin),分别被称为ADAM1、ADAM2和ADAM3,它们都含有一个去整合蛋白和金属蛋白酶结构域。β受精蛋白最初被称为PH-30;而富半胱氨酸睾蛋白作为一种单独的蛋白质起作用;α
受精蛋白有一个氨基酸序列称为融合肽,与去整合蛋白结构域一起能够与卵母细胞上的整合蛋白相结合,该融合肽具有以下特征:(1)具有膜结合亚基;(2)具有强的疏水性等。因此,精子上的
ADAM可能在精卵黏附和融合中起重要的作用[2]。
受精蛋白,由ADAM1和ADAM2两个亚基组成的蛋白质复合体(图2),具有一般细胞分泌的黏着蛋白的特性,富含精氨酸(R)-甘氨酸(G)-天冬氨酸(D)相连,这种特性能使其蛋白质嵌入与之结
合的蛋白质内使二者合二为一。体外研究显示,受精蛋白的N末端是推定的整合蛋白结合域,会结合到卵母细胞膜内的整合蛋白上,以帮助精子黏附于卵母细胞膜上,准备融合。
Kim等[3]报道:缺乏ADAM1b的突变雄性小
鼠是能生育的;ADAM1b丢失的结果对精子功能
没有太大影响,如不影响精子从子宫向输卵管的运动、结合透明带、和无透明带卵母细胞的融合。尽管睾丸精子细胞的ADAM2正常出现,
但
ADAM1b缺陷的附睾精子表现出细胞表面ADAM2严重减少。ADAM1b和ADAM2在精子表面的出现依赖于在睾丸精子上ADAM1b/ADAM2受精蛋白的
大量形成。另外,有体外实验显示缺乏受精蛋白的精子能使卵母细胞受精,但效率极差,提示其可能与其他蛋白质共同调节精卵的黏附和融合。
2.2IzumoIzumo是第一个被发现的精子相关精卵融合因子(图2),该分子是免疫球蛋白超家族
的一个成员。存在与人精子中,抗Izumo的抗体能阻止精卵融合。
Inoue等[4]报道:Izumo-/-小鼠是健康的但雄性
不育,能产生表面正常的精子,能结合和穿透透明带,但不能与卵融合。实验表明:完成顶体反应的Izumo-/-精子不能与卵母细胞融合,而通过单精子胞质内注射(intracytoplasmicsperminjection,
ICSI),使Izumo-/-精子绕过融合过程直接进入胞质
中,此时卵母细胞能被成功激活,受精卵正常移
植,胚胎能正常发育,结果与野生型的精子受精结果基本一致。
图2引发受精的事件及精卵融合相关候选分子[12]
Acrosome-intactsperm,顶体反应精子;Cumuluscell,卵丘细胞;Acrosomereaction,顶体反应;Zonapellucida,透明带;
Perivitellinespace,卵周隙;Eggplasma
membrane,卵膜;Fertilinα
β,αβ受精蛋白;Spermplasmamembrane,精子质膜;Cyritestin,富半胱氨酸睾蛋白;GPI-anchoredprotein,糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白;
Integrin,整合蛋白。
2.3附睾蛋白De
精子在附睾中成熟期间,附睾蛋白De(epididymalproteinDe)与精子表面相结合。附睾蛋白De因为在精子表面也表达,因此成为一个参与融合的候选分子。附睾蛋白De是一个37kD的糖蛋白,由附睾上皮细胞合成并分泌,又称为富含半胱氨酸的分泌蛋白1(cysteine-
richsecretoryprotein1,CRISP1)。Cohen等[5]报道:在附睾蛋白De上缺少去整合蛋白结构域表明,附睾蛋白De不包含在去整合蛋白–整合蛋
白相互作用的机制中,可能与卵母细胞上相关结合位点相互作用。
3.卵母细胞膜上相关蛋白质分子
3.1整合蛋白
整合蛋白(Integrin)是目前公认的精子ADAM在卵母细胞膜上的受体。有关整合蛋白的研究较多,是精卵相互结合主要的候选蛋白。整合蛋白家族的第一个受到重视的成员是
α6β1,GoH3作为抗α6整合蛋白亚基的功能性抗
体,能阻断精卵黏附和膜融合。来自于受精蛋白
β去整合蛋白结构域的部分或全部的序列的多个
肽能与α6β1整合蛋白相结合。目前,有关α6β1
整合蛋白对精卵黏附的作用还没有确切定论,由于不同条件下用GoH3mAb进行的一些试验表明
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生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
●RecentProgresses
精卵膜结合没有被阻断,但是整合蛋白在精卵黏附和融合中的作用并非是多余的[2]。整合蛋白作为受体与去整合蛋白相互作用,是精卵相互作用的执行者[6]。
3.2四次跨膜蛋白CD9
卵母细胞膜上的CD9是广泛存在的四次跨膜蛋白家族(tetraspanortrans-
membranefoursuperfamilyprotein)的一种,其分子有4个跨膜区、大小2个胞外环。尽管四次跨膜
蛋白的功能域还不清楚,但一些报道显示它能与其他蛋白质相互作用,如整合蛋白、免疫球蛋白、蛋白聚糖、补体调节蛋白(complementregula-
toryprotein)、生长因子受体等。因此,CD9被认
为是一种多蛋白复合体,能在多种细胞和生理过程中起作用,如病毒感染、细胞支持和运动和肌细胞融合等。1999年,Chen等首次发现抗CD9抗体能抑制体外精卵黏附和融合,发现了CD9在受精中的作用。与这些结果相一致的是,CD9在小鼠卵母细胞表面大量表达,除了减数分裂纺锤体的区域(整个卵母细胞唯一没有微绒毛的区域,此处精卵融合几乎无效)外,分布于几乎整个卵子的表面。研究发现,CD9的分布区域与α6整合蛋白的区域一致,整合蛋白作为受精蛋白的受体,也可能与精子表面的CD9相互作用[2]。
Zhu等[7]发现:从缺乏CD9的小鼠体内取出
卵母细胞,此卵母细胞与精子融合的能力严重损害,但如果将野生型CD9mRNA注射到卵母细胞中,则精卵融合能力可以得到恢复。CD9功能区包括大的胞外环(第二个环),该区域特定的氨基酸序列SFQ被认为是CD9在精卵融合中的激活位点。研究发现:若174氨基酸残基(F-A)发生点突变或者173-175(SFQ-AAA)发生突变,将严重降低精卵黏附的能力。
Higginbottom等[8]发现:小鼠CD9的大胞外环仅抑制融合,但来自CD9的大胞外环既能抑制精卵黏附又能抑制融合。Ziyyat等[9]研究表明:CD9
控制一些膜蛋白的重新分配,包括四次跨膜蛋白和α6β1整合蛋白聚集形成簇(cluster)等,而这些簇对精卵融合是必需的。
3.3CD81Rubinstein等[10]等报道:CD81在卵母细胞表面表达,与富含四次跨膜结构相联系。另
外,一个主要的CD9和CD81合作者CD9P-1也在卵母细胞上表达。CD81基因缺失导致雌性生育
40%的减少,体外受精表明这种不育确实是由精卵不能融合所致。CD9-/-小鼠的生育严重削弱但不
完全,而CD9-/-和CD81-/-双基因剔除小鼠是完全不育的,提示CD9和CD81在精卵融合过程中执行相互补充的作用。研究发现:CD9的一个片段从CD81-/-卵子上转移到出现在卵母细胞微绒毛区域的精子上,表明CD81-/-卵子融合的缺失不是因为早期精卵相互作用的削弱。
3.4糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白
基因剔除研究表明:卵母细胞膜上的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白
(glycosylphosphatidyli-nositol-anchoredprotein,GPI-AP)对受精卵是必需的。GPI-AP是一个不同
功能亚基组成的蛋白质聚集体,包括支持分子、受体、补体调节物(complementregulator)、酶和信号分子。除了C末端连接脂质外,它们都有一个富含胆固醇和鞘脂类的微结构域定位在质膜中。用磷脂酰肌醇-磷脂酶C(phosphatidylinositol-spe-
cificphospholipaseC,PI-PLC)处理小鼠卵母细胞
会释放两个GPI-AP,导致精卵黏附减弱,融合
被严重地阻止。
Alfieri等[11]报道:体外实验显示基因剔除的卵母细胞与精子融合的能力严重缺陷,表明GPI-AP对精卵黏附是必需的。质膜蛋白中GPI锚定补体(GPI-anchoredcomplement)的丢失,能通过改变GPI-AP包含的脂质结构和功能来阻止精卵融合。研究发现,CD55是一个GPI-AP补体调节蛋白,CD55基因剔除小鼠是能生育的,结果表明:对精卵黏附而言,并不需要全部的GPI-AP补体调节
蛋白都存在。
4.展望
精卵黏附与融合是一个多种分子参与的复杂过程,目前所知的相关分子还难以说明其具体的
分子机制。Schultz等[12]报道了新的精卵融合的分子概况(图2),更多的精卵黏附和膜融合相关分子的鉴定和描述,将会有助于更好地理解哺乳动物精卵融合的分子机制。近来,β受精蛋白和富含半胱氨酸睾蛋白的研究颇受关注,有研究显示,在它们缺乏的情况下,精卵融合能够发生。精子膜上缺少Izumo,精卵不能融合;GPI-AP在精卵黏附和融合中起重要作用;在小鼠中缺少CD9和
CD81,受精会完全被阻止。
受精过程包括精卵识别、支持、黏附、融合和卵母细胞被激活,其中的任何一步被阻止都会导致受精不能完成,结果致使不育。当前,临床上对精液常规检测技术已基本成熟,对诱导顶体反应的研究也不少;体外受精(IVF)、胞质内精子
●新进展
文章编号:1000-1336(2006)05-0395-04
生命的化学》《2006年26卷5期
CHEMISTRYOFLIFE2006,26(5)
・395・
病毒诱导I型干扰素产生的机制
李军
(
1
1,2
曾芸
2
广西兽医研究所,南宁530001;
2
广西大学动物科学技术学院,南宁530005)
摘要:病毒的病原体相关分子模式被细胞的相关受体识别后,分别经过Toll样受体途径和核酸结合蛋白途径进
行信号转导,启动β-干扰素的转录和合成。从感染细胞分泌的β-干扰素与细胞膜上I型干扰素共有的受体结合后,经Jak/STAT信号途径刺激细胞产生一系列具有抗病毒效应的的干扰素刺激因子。干扰素调节因子7作为一种干扰素刺激因子在启动随后的α、β-干扰素转录中起着重要作用。α-干扰素的产生进一步放大了产生干扰素刺激基因的信号,形成一个正反馈回路,加强了免疫应答的强度和延长免疫应答的时间。关键词:
病毒;
Toll样受体;RIG-I;Mda-5;I型干扰素
中图分类号:Q51
病毒作为一种只具有核酸(DNA或RNA)和蛋
白质的简单生物体,决定了它只能通过感染的形式,依赖细胞进行复制和生存。机体的天然免疫应答是机体对抗病毒入侵的第一道防线,阻止病毒从感染细胞向邻近的未感染细胞扩散。天然免疫应答的一个重要方面是I型干扰素(IFN-I)的合成和分泌。IFN-I是一类具有抗病毒活性、抗细胞增殖和免疫调节作用的蛋白质,包括IFN-β、
引发各种生理反应。目前对病毒诱导I型干扰素
产生的机制研究较为深入,本文将对其最新的进展作一综述。
1.PAMP与细胞受体的结合
病原体在漫长的进化过程中,一直保留着一
部分被称为病原体相关分子模式(pathogen-
associatedmolecularpattern,PAMP)的结构成分。PAMP为某一大组或几大组病原体共有,故其所
代表的是一种分子模式而非某一特定结构,它完全不同于宿主机体自身成分。机体的天然免疫系统,通过在进化过程中产生的一套模式识别受体来识别这些非己的PAMP,并采取相应对策清除入侵的病原体。病毒感染宿主细胞时,细胞表达的
IFN-ω和多个IFN-α亚型。I型干扰素可与细胞
膜上的特异性受体结合,引发级联性的信号放大过程,将信号最后传递到细胞核内,对一系列干扰素刺激基因(ISG)的表达进行调控,诱导靶细胞产生特异性抗病毒蛋白,如双链RNA依赖的蛋白激酶R(PKR)、2′,5′-寡聚腺苷酸合成酶等,并
———————————
收稿日期:
PAMP受体识别和递呈病毒的PAMP,经一系列的
信号转导最终导致抗病毒效应基因的表达。病毒蛋白和富含尿嘧啶的核酸或者病毒,在复制过程产生的双链RNA都可以作为PAMP,而细胞的
2006-08-03
李军(1971—),男,博士生,助理研究员,E-
曾芸(1972—),女,硕士,讲师,
广西大学科研基金项目(No.X061032)作者简介:
mail:jlee9981@163.com;E-mail:yzeng323@163.com
Toll样受体或核酸结合蛋白都可以识别PAMP[1,2],
并经下列途径进行信号转导。
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
注射(ICSI)等辅助生殖技术的发展也很快。但是,对精卵结合的检测却很少。更多相关分子的鉴定将会更好地理解生育调控,发展更多的检测精卵结合的测定方法,这对进一步探索人类不育的诊断和治疗方法将会打开更宽阔的前景。
参
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考文献