Cellular and molecular mechanisms regulating function of a broadly conserved gamete membrane fusogen

广泛保守的配子膜融合剂功能的细胞和分子机制调节

基本信息

  • 批准号:
    9761105
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 6.16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-09 至 2020-12-23
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Our understanding of the molecular mechanisms of fusion between reproductive cells (gametes) during sexual reproduction is surprisingly limited. In studies with the unicellular green alga, Chlamydomonas and the malaria pathogen Plasmodium, the Snell laboratory has shown that the broadly conserved, gamete-specific membrane protein HAP2 (also called GCS1) is essential for bilayer merger during gamete fusion. HAP2 acts after tight adhesion of gamete plasma membranes, and is present on only one of the two gametes (e.g., mating type minus gametes in Chlamydomonas) and therefore functions unilaterally, as do viral fusion proteins during their entry into host cells. Remarkably, recent collaborative structure/function studies demonstrated that Chlamydomonas HAP2 is structurally homologous to the class II fusion proteins of many enveloped viruses, including dengue and Zika. Though recombinant forms of the ectodomain of Chlamydomonas HAP2 form trimers in vitro and the hydrophobic fusion loop is essential for function in vivo, we still know very little about the molecular mechanism of this eukaryotic class II fusion protein during gamete fusion in any HAP2 organism. Endogenous trimers that presumably form during gamete fusion have yet to be detected, and the mechanisms are unknown that restrict triggering of trimer formation until the HAP2-bearing gamete undergoes specific membrane interaction with the membrane of its partner gamete. In preliminary experiments, I have discovered a stable oligomer, which appears only after gamete fusion, and is likely to be the endogenous HAP2 trimer. I have also determined that, unlike with the viral class II proteins, low pH fails to trigger oligomer formation of HAP2. Rather, the HAP2-containing minus mating structure must bind to the adhesion protein FUS1 on the plus mating structure, ensuring that triggering takes place only at the right time and place. This research aims to define the molecular mechanisms that underlie the function of a broadly conserved eukaryotic membrane fusogen that is essential for fusion of gametes in organisms across kingdoms. The insights gained from this study will improve our understanding of fundamental, conserved mechanisms of gamete fusion, and have the potential to yield improved strategies for interfering with sexual reproduction and transmission of organism that harm humans, including the devastating malaria organism Plasmodium. Here, I will test the model that a new HAP2 oligomer detected in gametes after fusion is a trimer. I will investigate structural features of HAP2 required for oligomerization. And, I will investigate the mechanisms that underlie FUS1-dependent triggering of HAP2 structural rearrangements.
项目摘要 我们对生殖细胞(配子)之间融合的分子机制的理解 在有性繁殖期间,令人惊讶地受到限制。在对单细胞绿藻的研究中 衣原体和疟疾病原体疟原虫,Snell实验室表明 广泛保守的配子特异性膜蛋白HAP2(也称为GCS1)对于 配子融合期间的双层合并。 HAP2在配子等离子体的紧密粘附后起作用 膜,仅存在于两个配子中的一个(例如,交配类型减去配子中的配子 衣原体),因此单方面起作用,病毒融合蛋白在进入过程中也是如此 进入宿主细胞。值得注意的是,最近的协作结构/功能研究表明 衣原体HAP2在结构上与许多人的II类融合蛋白同源 包裹的病毒,包括登革热和寨卡病毒。虽然重组形式的外生域的重组形式 衣原体HAP2在体外形成三聚体,疏水融合环对 在体内功能,我们对这种真核类别的分子机制知之甚少 II融合蛋白在任何HAP2生物的配子融合过程中。内源性的构造 在配子融合过程中可能尚未检测到的可能是 未知限制触发三聚体形成,直到含Hap2的配子发生 特定的膜与伴侣配子的膜相互作用。在初步 实验,我发现了一个稳定的低聚物,它仅在配子融合后才出现,并且是 可能是内源性HAP2三聚体。我还确定,与病毒类别不同 II蛋白质,低pH值无法触发HAP2的低聚物形成。相反,含HAP2的 减去交配结构必须与粘附蛋白FUS1结合加上配合结构, 确保仅在正确的时间和地点进行触发。这项研究旨在定义 广泛保守的真核生物功能的基础的分子机制 膜融合对于跨王国的生物体融合配子至关重要。这 从这项研究中获得的见解将提高我们对基本,保守的理解 配子融合的机制,并有可能产生改进的干涉策略 随着有性的生殖和传播,会伤害人类,包括 毁灭性疟疾生物疟原虫。在这里,我将测试新的HAP2低聚物的模型 融合后在配子中检测到的是三聚体。我将研究需要HAP2的结构特征 用于寡聚。而且,我将研究FUS1依赖性基础的机制 触发HAP2结构重排。

项目成果

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