شناسایی پروتئین GPR15 به عنوان کورسپتور پیشنهادی جدید جهت اتصال پذیرنده IZUMO (پروتئین الحاق اسپرم به تخمک) به JUNO با یکپارچه سازی سیستم بیولوژی، مدل سازی و داکینگ مولکولی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 گروه علوم پایه، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 دپارتمان آناتومی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران

3 آزمایشگاه تولید مثل حیوانات آزمایشگاهی، موسسه تحقیقات واکسن و سرم‌سازی رازی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

مقدمه: جهت لقاح، پروتئین سطحی اسپرم به نام "IZUMO” به عنوان لیگاند برای میانکنش با JUNO (یا رسپتور ایزومو(IZUMO1R)) ضروری است. میانکنش:IZUMO1R/JUNOIZOMO1 یک مرحله حیاتی چسبندگی بین اسپرم و اووسیت در اتصال و فیوژن غشای پلاسمائی است البته جهت فیوژن سلولی کافی نمی‌باشد و پذیرنده‌های دیگری نیز در این اتصال نقش دارند. در این تحقیق G protein-coupled receptor 15 (GPR15) به عنوان شریک دیگر میانکنش اسپرم-تخمک معرفی شده که روی تخمک قرار دارد.
روش کار: در ابتدا، بار روش‌های سیستم بیولوژی شبکه میانکنش‌های شناخته و پیشوگوئی شده IZUMO1 مورد آنالیز و تفسیر قرار گرفت. همچنین، ساختار اولیه IZUMO1 و رسپتورIZUMO1R:JUNO از پایگاه‌های داده مرجع استخراج شد، و ساختار سه بعدی (3D) با هر دوی روش‌های بندکشی و هومولوژی مدلینگ مدل سازی شد. سپس ساختار مدل شده از نظر انرژی بهینه شده و با پلات راماچاندران اعتبار سنجی شده و نهایتا برای داکینگ مولکولی (هیدروژن ها و بار ها اتمی) با برنامه Chimera UCSF 1.10. همچنین، مطالعات داکینگ با استفاده از برنامه HEX نسخه 8 انجام شد. نهایتا انرژی اتصال، ژست میانکنش،RMSD، باندهای هیدروژن و الکترواستاتیک مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج: آنالیز ها نشان داد در کنارپذیرنده‌هایJUNO /RIZUMO1 و CD9 در روی غشاء اووسیت، GPR15 نیز شاید شریک عملکردی دیگری برای IZUMO1 با امتیاز 705/0 (با روش text mining) باشد. همچنین، پلات راماچاندران ساختارهای مدل شده حاکی از مدل سازی با کیفیت بالا بوده و از ین رو مدل برای داکینگ به کار گرفته شد. نتایج داکینگ مولکولی نشان داد انرژی کلی اتصال (G∆) -1051 و RMS مناسب بوده و حاکی از میل اتصال قوی بین این دو پروتئین است. همچنین، آمینواسیدی‌های درگیر در پیوند هیدروژنی چهار باقیمانده (آمینواسید) به نام‌های ARG236, THR91, SER176 از پروتئین GRP15 و ASN151,ASN239, SER240 از پروتئین IZUMO1 بوده‌اند. قویترین پیوند هیدروژنی مابین تروئونین 91 (THR91) با سرین 240 (SER240) است. از سوی دیگر آمینواسید ترئونین 91 و ASN239 مهم‌ترین آمینواسیدهای از نظر اتصال با پیوند هیدروژنی دو پروتئین به یکدیگر بوده و همزمان با دو آمینواسید وارد واکنش می‌شوند. همچنین 21 آمینواسید از IZUMO1 و GRP15 در پیوند آبگریز بین دو پروتئین نقش دارند. بحث: نتایج این مطالعه بیوانفورماتیک، می‌تواند کمک و پیشنهادات موثری را به فهم بیشتر نحوه باروی و لقاح اسپرم را بنمائید. همچنین می‌بایست مطالعات بیشتری در مورد نقشGPR15 در اتصال اسپرم و تخمک صورت گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Identificationof GPR15as novel suggested co-receptor forbinding of IZUMO(sperm-egg fusion protein) receptor to JUNOby integrating system biology, modeling and molecular docking

نویسندگان [English]

  • Reza Ranjbar 1
  • Sahar Esfandiary 2
  • Mohammad mehdi Ranjbar 3
1 Department of Basic Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 Department of Anatomy, School of Medicine, Tehran University of medical sciences, Tehran, Iran.
3 Laboratory animal reproduction lab, Razi Vaccine and Serum Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREO), Karaj, Iran.
چکیده [English]

Introduction: For fertilization process, sperm cell-surface protein called "IZUMO” requiredas a ligand for IZUMO1R/JUNO and CD9 receptor on egg. The IZUMO1:IZUMO1R/JUNO interaction is a crucial adhesion step between sperm and oocytein plasma membrane binding and fusion, but also is not sufficient for cell fusion and others receptors are play roles in this interaction. Here, we found G protein-coupled receptor 15 (GPR15) as another partner of sperm-egg interaction which is located on egg. Methods: Initially,system biology methods applied for known and predicted protein-protein network interactions of IZUMO1. Also, primary structure of IZUMO1 and its IZUMO1R:JUNO receptors retrieved from reference databases, and their 3-dimensional structure (3D) were modeled by both Threading and homology modeling. Then, modeled structure were energetically minimized and validated by Rammapageplots and eventually prepared for molecular docking (hydrogen and atomic charges) by Chimera UCSF 1.10. Also, the docking studies were performed by HEX version 8. Finally, binding energy, pose of interactions,RMSD, hydrogen and electrostatics bonds were analyzed. Results: System biology analysis showed that beside IZUMO1R/JUNO and CD9 ,GPR15 maybe is another functional partner for IZUMO1 by score of 0.705 (text mining approach). Also, Rammachandran plot of modeled structures represent high quality of modeling procedure and so modeled structure used for docking. Molecular docking analysis showed GPR15 could interact with IZUMO by SER176,THR91, ARG236 and SER240, ASN239and ASN151hydrogens. The strongest hydrogen bond is between thoronine 91 (THR91) and serine 240 (SER240). On the other hand, amino acids Threonine 91 and ASN239 are the most important amino acids for binding to hydrogen bonding two proteins to each other and react simultaneously with two amino acids. Also, 21 amino acids from IZUMO1 and GRP15 play a role in the hydrophobic bond between two proteins. Discussion: The results of this bioinformatics study can help to find out more about fertility and Sperm fertilization. Further studies on the role of GPR15 in the binding of sperm and oocyte should also be made.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fertilization
  • IZUMO1
  • GPR15
  • System biology
  • Molecular Docking