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Mechanism of sperm capacitation and the acrosome reaction： role of protein kinases

Asian Journal of Andrology 2012年第6期14卷 816-821页

作者： Debby Ickowicz Maya Finkelstein Haim Breitbart The Mina & Everard Faculty of Life Sciences Bar-Ilan University Ramat-Gan 52100 Israel

Mammalian sperm must undergo a series of biochemical and physiological modifications, collectively called capacitation, in the female reproductive tract prior to the acrosome reaction （AR）. The mechanisms of these modifications are not well characterized though protein kinases were shown to be involved in the regulation of intracellular Ca2＋ during both capacitation and the AR. In the present review, we summarize some of the signaling events that are involved in capacitation. During the capacitation process, phosphatidyl-inositol-3-kinase （PI3K） is phosphorylated/activated via a protein kinase A （PKA）-dependent cascade, and downregulated by protein kinase C a （PKCa）. PKCa is active at the beginning of capacitation, resulting in PI3K inactivation. During capacitation, PKCa as well as PP172 is degraded by a PKA-dependent mechanism, allowing the activation of PI3K. The activation of PKA during capacitation depends mainly on cyclic adenosine monophosphate （cAMP） produced by the bicarbonate-dependent soluble adenylyl cyclase. This activation of PKA leads to an increase in actin polymerization, an essential process for the development of hyperactivated motility, which is necessary for successful fertilization. Actin polymerization is mediated by pip2 in two ways： first, pip2 acts as a cofactor for phospholipase D （PLD） activation, and second, as a molecule that binds and inhibits actin-severing proteins such as gelsolin. Tyrosine phosphorylation of gelsolin during capacitation by Src family kinase （SFK） is also important for its inactivation. Prior to the AR, gelsolin is released from pip2 and undergoes dephosphorylation/activation, resulting in fast F-actin depolymerization, leading to the AR.

关键词： sperm capacitation acrosome reaction AR PKCα PI3K PKA gelsolin pip2

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TRPM8通道双配体耦合协同作用机制的研究

TRPM8通道双配体耦合协同作用机制的研究

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作者：高志伟河北工业大学

学位级别：硕士

瞬态受体电位M型离子通道8(TRPM8)是一种多模态的非选择性阳离子通道。WS-12为TRPM8最有效激活剂,需内源性小分子pip存在才能充分发挥激活效果。然而,TRPM8通道门控特性不明晰,WS-12和pip双配体耦合协同作用的分子机制尚不清楚。理解TR... 详细信息

瞬态受体电位M型离子通道8(TRPM8)是一种多模态的非选择性阳离子通道。WS-12为TRPM8最有效激活剂,需内源性小分子pip存在才能充分发挥激活效果。然而,TRPM8通道门控特性不明晰,WS-12和pip双配体耦合协同作用的分子机制尚不清楚。理解TRPM8通道分子机制对靶向药物的筛选和设计具有重要意义。本文主要采用同源模建和分子动力学模拟的方法,围绕配体激活TRPM8通道分子机制进行研究,在分析TRPM8通道的门控特性基础上,重点分析了WS-12激活TRPM8通道分子机制;pip引发TRPM8通道的变构效应;WS-12和pip双配体耦合协同激活TRPM8通道分子机制。主要结论如下:1、TRPM8通道门控结构域存在回环和螺旋两种不同构象,并且能够相互转换。处于螺旋态的门控结构域阻碍离子通透氨基酸的数量仅有一个,且构象稳定,与周围结构域的相互作用强,结构域间的运动协同,有利于门控开启。2、分子动力学模拟结果表明配体WS-12与TRPM8通道结合过程中存在一种低能态。配体WS-12的结合增加了电压敏感域(VSLD)柔性,促使腔体扩大;同时增强了TRP螺旋和跨膜结构域的相互作用,进而有抬升和拉拽TRP螺旋的趋势,门控结构域向外扩张运动,门有开启的运动趋势。但S5螺旋空间位阻存在,较难将配体的作用能高效传递到门控结构域,因此配体WS-12单独激活TRPM8通道的作用弱,与实验结果相一致。3、配体pip通过静电相互作用引发胞内结构域抬升;引发S5螺旋运动,可使TRP螺旋抬升,增强各结构域间的运动协同性,有利于门控结构域形成螺旋态;然而,门控结构域向外扩张的运动趋势不明显。4、结合WS-12和pip的双配体体系中,WS-12引发VSLD构象变化克服了S5螺旋阻碍TRP螺旋抬升引发的能量信息传输受阻;pip引发的TRP抬升作用进一步加强,并通过VSLD构象变化获得门控结构域外扩的运动;WS-12和pip协同导致门控结构域柔性降低,回环向螺旋构象转变,有利于维持门控开启。综上所述,TRP螺旋作为TRPM8通道的门控调控的“中心枢纽”,这是因为TRP螺旋直接与门控结构域相连接。WS-12引发的TRP螺旋外扩运动和pip导致的TRP螺旋抬升运动,在门控开启和维持上具有耦合协同性。

关键词： TRPM8通道门控激活机制 WS-12 pip2 耦合协同作用

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ZmCASPL2B2响应玉米盐胁迫的生物学功能分析

ZmCASPL2B2响应玉米盐胁迫的生物学功能分析

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作者：张锦辉华中农业大学

学位级别：硕士

我国是世界上第三大盐碱地国家,土壤盐渍化是影响玉米生长发育的重要非生物胁迫之一。挖掘并鉴定耐盐相关基因,培育耐盐新品种,对保持玉米高产稳产以及开发、利用盐碱地具有至关重要的意义。实验室前期利用玉米叶片卷曲突变体caspl2b2材... 详细信息

我国是世界上第三大盐碱地国家,土壤盐渍化是影响玉米生长发育的重要非生物胁迫之一。挖掘并鉴定耐盐相关基因,培育耐盐新品种,对保持玉米高产稳产以及开发、利用盐碱地具有至关重要的意义。实验室前期利用玉米叶片卷曲突变体caspl2b2材料,定位克隆了一个关键候选基因ZmCASPL2B2,并利用基因编辑技术创建了其等位突变体。本研究在此基础上,在水稻中过表达ZmCASPL2B2,发现其显著提高水稻耐盐性。利用ZmCASPL2B2在玉米中敲除材料证实其同样能调控玉米的耐盐性。进而鉴定了其互作蛋白Zmpip2;1,并初步解析了ZmCASPL2B2调控玉米盐胁迫耐受性的可能机制。获得的主要研究结果如下:1.caspl2b2突变体对盐胁迫敏感。对生长至两叶一心期的野生型(WT)和caspl2b2突变体材料进行200 m M NaCl处理,发现处理3 d后,caspl2b2突变体叶片萎蔫皱缩,苗高和地上鲜重显著低于野生型(P2b2突变体拥有更高的蒸腾速率、气孔导度和胞间CO浓度,并且净光合速率更低。盐处理7 d后,caspl2b2突变体地上部Na含量和Na/K显著高于野生型(P2b2突变体的MDA含量极显著高于野生型(P2.ZmCASPL2B2进化及表达模式分析。通过蛋白结构预测网站分析,ZmCASPL2B2是跨膜蛋白,有五个跨膜结构域,在第一个跨膜结构域具有CASPL家族高度保守的精氨酸(Arg)。对ZmCASPL2B2蛋白序列全长进行遗传进化分析,显示其与拟南芥CASPL家族AtCASPL2B2具有较高的同源性。qRT-PCR结果表明:ZmCASPL2B2基因对盐胁迫响应表达,随着盐处理时间的延长,该基因在叶片中的表达量呈现先下降后上升的趋势,而在根系中的表达量则逐渐下降。3.ZmCASPL2B2能够正向调控水稻、玉米在盐胁迫下的生长。过表达ZmCASPL2B2能够显著提高转基因水稻的耐盐性,在盐胁迫下过表达水稻株系的苗高、地上鲜重以及存活率均显著高于野生型(P0.05)。野生型的MDA(丙二醛)含量显著增加(P2-3倍。ZmCASPL2B2基因玉米敲除遗传转化阳性后代材料(KO1、KO2)在两叶一心期进行200 m M NaCl处理7 d后,发现其大部分叶片皱缩干枯,苗高和地上鲜重显著低于非敲除系(NT)(P0.05)。对玉米NT、KO1和KO2家系材料的初生根横切面染色观察,发现在距离根尖3 cm-4 cm处内皮层细胞间均有木质化带状增厚,且敲除阳性系凯氏带结构完整,说明ZmCASPL2B2基因突变不影响凯氏带结构的正常形成。4.盐胁迫下caspl2b2突变体活性氧积累量增多。取200m M NaCl处理4 h后的WT和caspl2b2突变体叶片进行转录组测序,分析鉴定到849个差异表达基因,显著富集在谷胱甘肽代谢过程、氧化还原酶活性等通路。RNA-seq数据显示,与野生型相比,盐处理后caspl2b2突变体中离子运输相关基因(ZmHAK5、ZmHAK1、ZmHKT1、ZmHKT2等)的表达量变化无显著差异(P>0.05),并用qRT-PCR对部分基因的表达量进行了验证;凯氏带形成相关基因(ZmESB1、ZmMYB36、ZmRBOHF等)表达量也没有显著性变化(P>0.05);谷胱甘肽-S-转移酶家族基因(ZmGSTs)的表达量水平则有不同程度的提高。以上说明盐胁迫导致caspl2b2突变体积累活性氧的能力增强。5.ZmCASPL2B2与Zmpip2;1互作影响玉米苗期耐盐能力。通过酵母双杂交实验验证了ZmCASPL2B2与质膜上的水通道蛋白Zmpip2;1互作,并用双分子荧光互补实验证实了它们在细胞质膜上互作。qRT-PCR结果显示,Zmpip2;1在ZmCASPL2B2基因敲除材料中的表达量显著低于非敲除系(P2B2与定位于质膜的Zmpip2;1互作后,参与了植株体内的水分运输过程,而在敲除材料中Zmpip2;1表达量降低,运输水分能力下降,细胞内外形成高渗透势差,从而影响玉米在盐胁迫下的生长。

关键词：玉米盐胁迫凯氏带 CASPL pip2

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磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸调控细胞迁移的研究进展

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生物化学与生物物理进展 2019年第2期46卷 121-127页

作者：李莘牛勃王建华首都儿科研究所儿童发育营养组学北京市重点实验室北京100020

磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,pip2)是细胞膜上一种重要的磷脂酰肌醇,通过作为第二信使前体及自身信号分子的作用,控制其效应物的靶向定位和活性从而调节细胞迁移、囊泡运输、细胞形态发生、信号传导... 详细信息

磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,pip2)是细胞膜上一种重要的磷脂酰肌醇,通过作为第二信使前体及自身信号分子的作用,控制其效应物的靶向定位和活性从而调节细胞迁移、囊泡运输、细胞形态发生、信号传导等过程.细胞迁移异常会导致人类多种疾病包括神经发育异常、阿尔茨海默病、癌症和纤毛疾病等.作为细胞骨架的调节剂,pip2在细胞迁移的关键作用已经被广泛证实,本文将从由pip5KIs介导的pip2产生与踝蛋白、Rho家族小GTP酶等效应物关联调节黏附作用和肌动蛋白聚合的角度,讨论pip2在细胞迁移中发挥作用的具体机制.

关键词： pip2 细胞迁移黏附作用肌动蛋白聚合

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植物水孔蛋白pip2表达量快速无标记检测

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大连理工大学学报 2020年第1期60卷 15-21页

作者：徐铭赵子健夏秀英大连理工大学生物工程学院

相较于传统的抗体检测,适配体更易于大量快速合成,且可和多种检测技术相结合,在蛋白检测方面具有巨大的潜力.水孔蛋白作为生物体内水分跨膜运输的主要途径,了解其表达量的变化在植物水代谢研究中有着重要意义.利用传统的混合列分法构建... 详细信息

相较于传统的抗体检测,适配体更易于大量快速合成,且可和多种检测技术相结合,在蛋白检测方面具有巨大的潜力.水孔蛋白作为生物体内水分跨膜运输的主要途径,了解其表达量的变化在植物水代谢研究中有着重要意义.利用传统的混合列分法构建了8个C端恒定半胱氨酸残基的类肽适配体文库,结合表面等离激元共振成像技术,筛选得到能特异性结合高等植物水孔蛋白pip2的类肽适配体PPA7,其亲和力 K D高达2.52×10 -9 mol/L.利用PPA7检测了石竹玻璃化和正常植株的水孔蛋白表达量,结果表明,石竹玻璃化植株的水孔蛋白表达量显著高于正常植株.研究提供了一种新的植物蛋白定量检测策略,也为进一步明确水孔蛋白在组培苗玻璃化发生中的作用奠定了基础.

关键词：水孔蛋白 pip2 类肽适配体表面等离激元共振成像快速无标记检测

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黄瓜pip2;4基因生物信息学及干旱胁迫下的诱导表达分析

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四川农业大学学报 2020年第5期38卷 538-544页

作者：陈露倩赖梦霞柴里昂李乐乐王璐杜长霞樊怀福朱祝军浙江农林大学农业与食品科学学院杭州311300

【目的】探究黄瓜pip2;4(Cspip2;4 Gene ID:101215300)在干旱胁迫响应中的可能功能。【方法】以华北型黄瓜‘9930’为试材,基于Cspip2;4为前期研究筛选出的干旱胁迫下显著差异表达蛋白,克隆Cspip2;4基因,对其进行生物信息学分析,并利用q... 详细信息

【目的】探究黄瓜pip2;4(Cspip2;4 Gene ID:101215300)在干旱胁迫响应中的可能功能。【方法】以华北型黄瓜‘9930’为试材,基于Cspip2;4为前期研究筛选出的干旱胁迫下显著差异表达蛋白,克隆Cspip2;4基因,对其进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR检测Cspip2;4在干旱下的表达。【结果】生物信息学分析显示,Cspip2;4 CDS序列有852 bp,编码283个氨基酸,Cspip2;4蛋白具有疏水性、无信号肽段、有跨膜结构,是定位在质膜的内在蛋白,以无规则卷曲和α-螺旋结构为主,具有典型的水通道蛋白结构功能域,属于MIP超家族;蛋白质同源比对分析显示,Cspip2;4与甜瓜pip2;7的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明Cspip2;4表达受干旱诱导。【结论】Cspip2;4可能是参与黄瓜干旱胁迫应答过程重要基因,为后续鉴定其在黄瓜响应干旱中的功能奠定了基础。

关键词：黄瓜 pip2 4 生物信息学干旱表达分析

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过表达毛葡萄pip2;1基因对转基因拟南芥幼苗生长的影响

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分子植物育种 2018年第20期16卷 6695-6703页

作者：胡景铭颜培玲张文娥任菲宏潘学军贵州大学贵州省果树工程技术研究中心贵阳550025

为明确毛葡萄pip2;1基因在水分运输中的作用,以期利用该基因提高葡萄的抗旱性,以pip2;1转基因拟南芥为研究对象,研究PEG-6000模拟干旱胁迫下转基因拟南芥的生长形态与生理指标变化。结果显示,通过双酶切检验表明成功得植物超量表达载体p... 详细信息

为明确毛葡萄pip2;1基因在水分运输中的作用,以期利用该基因提高葡萄的抗旱性,以pip2;1转基因拟南芥为研究对象,研究PEG-6000模拟干旱胁迫下转基因拟南芥的生长形态与生理指标变化。结果显示,通过双酶切检验表明成功得植物超量表达载体pBI121-35S-Vhpip2;1;PCR、RT-PCR和qPCR检测鉴定表明目的基因成功整合到拟南芥基因组中,获得纯合转基因植株。干旱胁迫耐性分析表明,转基因幼苗成活率显著高于野生型幼苗(ppip2;1基因的过量表达增强了拟南芥的抗旱性。毛葡萄Vhpip2;1基因在水分运输中,能够维持细胞水势,防止细胞水分外流,加强细胞的保水力,从而提高植物的抗旱性。

关键词：毛葡萄 pip2 1 拟南芥 PEG-6000 干旱胁迫过量表达

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pip2对外周伤害性信息整合器TRPV1活性的调控作用

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生理科学进展 2014年第3期45卷 209-212页

作者：杜军霞张瑛王韵北京大学神经科学研究所基础医学院神经生物学系神经科学教育部及卫生和计划生育委员会重点实验室北京100191 北京大学麦戈文脑科学研究所北京100871

瞬时受体电位香草酸亚型1(transient receptor potential vanilloid subfamily,member 1,TRPV1)是瞬时电压感受器阳离子通道(transient receptor potential cation channel,TRP)家族成员之一,可被伤害性热刺激或一些化学分子所激活,在热痛觉敏化形成过程中发挥重要作用,其功能活性在转录后水平受到多种方式的调控。近年来,磷脂酰肌醇4,5二磷酸(phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate,pip2)调节离子通道活性的研究不断深入,因此pip2对TRPV1的调控作用受到愈来愈多的关注,但研究结果尚存一些争议。本文着重就近年来,对于pip2对TRPV1的活性调控以及二者之间的结合等方面的研究进展加以整理和总结。

关键词： TRPV1 pip2 离子通道磷脂酰肌醇痛觉

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pip_2信号与pip_2的再合成

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中国细胞生物学学报 2014年第11期36卷 1543-1550页

作者：徐佳曦阎向东司曼丁杰杜雨薇张海林河北医科大学药理教研室石家庄050017 河北省中医药科学院石家庄050031

磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,pip2)是一种分布在细胞膜内侧面的微量磷脂。虽然含量很低,但pip2在细胞信号转导以及膜蛋白功能调节等方面却起着十分重要的作用。细胞膜中pip2的含量水平呈动态平衡,在... 详细信息

磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate,pip2)是一种分布在细胞膜内侧面的微量磷脂。虽然含量很低,但pip2在细胞信号转导以及膜蛋白功能调节等方面却起着十分重要的作用。细胞膜中pip2的含量水平呈动态平衡,在其代谢调节改变时,pip2局部浓度的变化可影响特定蛋白的功能。该文就近二十年来针对pip2信号和pip2代谢调节相关的研究作一综述。

关键词： pip2 pip2信号特异性 pip2代谢循环

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人气道上皮细胞感知冷刺激的受体机制

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第三军医大学学报 2014年第20期36卷 2071-2076页

作者：李敏超何叶 Juliy M.Perelman Victor P.Kolosov 周向东重庆医科大学附属第二医院呼吸内科重庆400010 Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration Siberian BranchRussian Academy of Medical SciencesBlagoveschenskRussia 675000

目的探讨温度感受器瞬时受体电位蛋白-8(transient receptor potential melastatin 8,TRPM8)在人气道上皮细胞感受冷刺激过程中发挥的作用及其机制。方法用薄荷醇及冷空气(18℃)刺激人气道上皮16HBE细胞:1以TRPM8通道特异性拮抗剂BCTC、... 详细信息

目的探讨温度感受器瞬时受体电位蛋白-8(transient receptor potential melastatin 8,TRPM8)在人气道上皮细胞感受冷刺激过程中发挥的作用及其机制。方法用薄荷醇及冷空气(18℃)刺激人气道上皮16HBE细胞:1以TRPM8通道特异性拮抗剂BCTC、TRPM8 shRNA为干预手段,动态观察在薄荷醇、冷刺激作用下细胞内Ca2+荧光强度变化来监测气道上皮细胞上TRPM8的功能;2以磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate,pip2)荧光分子探针PLCδ1-PH-GFP转染细胞,通过动态观察各组细胞内PLCδ1-PH-GFP从细胞膜至细胞质的荧光转位变化来检测pip2的动态变化来研究冷刺激作用下TRPM8的信号通路。结果 1细胞内相对钙离子浓度变化:薄荷醇组处理4 min后、冷刺激组处理6 min后分别为(5.80±0.34)、(5.02±0.36),明显高于对照组(1.04±0.12)、(1.03±0.08)(P2.68±0.19)、(1.08±0.16),明显低于1 mmol/L薄荷醇组,18℃+BCTC组、18℃+转染TRPM8 shRNA组最高值分别为(1.77±0.22)、(1.02±0.18),明显低于18℃组(均P2PLCδ1-PH-GFP从细胞膜至细胞质的转位变化(Fm/Fc值):1 mmol/L薄荷醇组、冷刺激组最高值分别为(0.90±0.01)、(0.90±0.01),明显高于对照组最高值(1.01±0.02)(P200 s时1 mmol/L薄荷醇+BCTC15μmol/L组、1 mmol/L薄荷醇组+转染TRPM8 shRNA组分别为(0.86±0.03)、(0.89±0.02),明显低于1 mmol/L薄荷醇组(0.36±0.06)(P220 s时18℃+BCTC15μmol/L组、18℃+转染TRPM8 shRNA组分别为(0.82±0.02)、(0.93±0.01),明显低于18℃组(0.40±0.06)(P2+→PLC→pip2信号通路引起气道黏液高分泌等反应。

关键词：气道上皮细胞冷刺激瞬时受体电位蛋白-8 Ca^2+ pip2

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