Structurally distinct Ca(2+) signaling domains of sperm flagella orchestrate tyrosine phosphorylation and motility.
Structurally distinct Ca(2+) signaling domains of sperm flagella orchestrate tyrosine phosphorylation and motility.
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DOI：
10.1016/j.cell.2014.02.056
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发表时间：
2014-05-08
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
Clapham DE
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chung JJ;Shim SH;Everley RA;Gygi SP;Zhuang X;Clapham DE
精子必须离开一个生物体，长途跋涉，将父亲的DNA送入成熟的卵子。为了成功导航和传递，哺乳动物鞭毛中的精子特异性钙通道被激活。编码这一通道的基因(CatSpers)最先出现在古代的单鞭毛虫中，这表明精子使用很久以前为单细胞导航开发的适应性策略。在这里，我们利用遗传学、超分辨荧光显微镜和磷酸蛋白质组学，研究了这种鞭毛开关背后的CatSper依赖机制。我们发现，CatSper通道是沿着鞭毛组织信号蛋白的四个线性钙域所必需的。随着精子获得受精能力，这种独特的结构集中在时间和空间上的酪氨酸磷酸化。在异质精子群体中，我们发现了独特的分子表型，但只有具有完整的CatSper结构域的精子才能成功迁移，这些结构域组织了时间依赖和空间特异的蛋白质酪氨酸磷酸化。这些发现阐明了鞭毛适应、信号转导级联组织和生育。
Spermatozoa must leave one organism, navigate long distances, and deliver their paternal DNA into a mature egg. For successful navigation and delivery, a sperm-specific calcium channel is activated in the mammalian flagellum. The genes encoding this channel (CatSpers) appear first in ancient uniflagellates, suggesting that sperm use adaptive strategies developed long ago for single cell navigation. Here, using genetics, super-resolution fluorescence microscopy, and phosphoproteomics, we investigate the CatSper-dependent mechanisms underlying this flagellar switch. We find that the CatSper channel is required for four linear calcium domains that organize signaling proteins along the flagella. This unique structure focuses tyrosine phosphorylation in time and space as sperm acquire the capacity to fertilize. In heterogeneous sperm populations, we find unique molecular phenotypes, but only sperm with intact CatSper domains that organize time-dependent and spatially specific protein tyrosine phosphorylation successfully migrate. These findings illuminate flagellar adaptation, signal transduction cascade organization, and fertility.
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