Войти
Третичная структура основного белка мочи мыши. Белок имеет восемь бета-листов (желтый), расположенных в бета-стволе, открытом с одного конца, с альфа-спиралями (красный) на обоих амино- и карбоксильных концах. Структура взята из записи 1i04 банка данных белков. Найдите все экземпляры этого белка в PDB Основные белки мочи ( Mups), также известные как α 2 u-глобулины, представляют собой подсемейство белков, которые в изобилии обнаруживаются в моче и других выделениях многих животных. Мупы предоставляют небольшой диапазон идентифицирующей информации о животном-доноре при обнаружении сошниково-носовым органом животного-получателя. Они принадлежат к большему семейству белков, известных как липокалины. Мупы кодируются кластером генов, расположенных рядом друг с другом на одном участке ДНК, количество которых сильно различается между видами: от как минимум 21 функционального гена у мышей до нулевого у человека. Белки Mup образуют характерную форму перчатки, охватывая карман для связывания лиганда, который вмещает определенные небольшие органические химические вещества.
Белки в моче были впервые обнаружены у грызунов в 1932 году во время исследований Томасом Аддисом причины протеинурии. Они являются сильнодействующими аллергенами для человека и в значительной степени ответственны за ряд аллергий на животных, в том числе на кошек, лошадей и грызунов. Их эндогенная функция внутри животного неизвестна, но может включать регулирование расхода энергии. Однако, как секретируемые белки, они играют множество ролей в химической коммуникации между животными, выступая в качестве переносчиков и стабилизаторов феромонов у грызунов и свиней. Мупы также могут действовать как белковые феромоны. Было продемонстрировано, что они способствуют агрессии у самцов мышей, а один специфический белок Mup, обнаруженный в моче самцов мышей, сексуально привлекателен для самок мышей. Мук также может действовать как сигнал между разными видами : мыши проявляют инстинктивную реакцию страха при обнаружении мук, полученных от хищников, таких как кошки и крысы.
Филогения из Mup кодирующих последовательностей у млекопитающих. Повторяемость реконструкции была проверена бутстрэппингом. Показаны внутренние ветви с поддержкой бутстрапаgt; 50%. Люди с хорошим здоровьем выделяют мочу, в значительной степени не содержащую белка. Поэтому с 1827 года врачи и ученые интересовались протеинурией, избытком белка в моче человека, как индикатором заболевания почек. Чтобы лучше понять этиологию протеинурии, некоторые ученые попытались изучить это явление на лабораторных животных. Между 1932 и 1933 годами ряд ученых, в том числе Томас Аддис, независимо друг от друга сообщили об удивительном открытии, что у некоторых здоровых грызунов есть белок в моче. Однако только в 1960-х годах были впервые подробно описаны основные белки мочи мышей и крыс. Было обнаружено, что белки в основном вырабатываются в печени мужчин и выделяются через почки в мочу в больших количествах (миллиграммы в день).
С момента своего названия было обнаружено, что белки по-разному экспрессируются в других железах, которые секретируют продукты непосредственно во внешнюю среду. К ним относятся слезные, околоушные, подчелюстные, подъязычные, препуциальные и молочные железы. У некоторых видов, таких как кошки и свиньи, слизистые оболочки вообще не экспрессируются в моче и в основном обнаруживаются в слюне. Иногда термин мочевые пузыри (uMups) используется для того, чтобы отличить слизистые оболочки, выраженные в моче, от таковых в других тканях.
Между 1979 и 1981 годами было подсчитано, что Mups кодируются семейством генов из 15–35 генов и псевдогенов у мышей и примерно 20 генами у крыс. В 2008 году более точное количество генов Mup у ряда видов было определено путем анализа последовательности ДНК целых геномов.
Точка сюжета, показывающее самоподобие внутри мыши Mup кластера. Основная диагональ представляет собой выравнивание последовательности с самой собой; линии от главной диагонали представляют похожие или повторяющиеся узоры в кластере. Узор отличается между старым, периферическим классом А и более новым, центральным классом B МУП. Контрольный геном мыши содержит по крайней мере 21 отдельный ген Mup (с открытыми рамками считывания ) и еще 21 псевдоген Mup (с рамками считывания, нарушенными бессмысленной мутацией или неполной дупликацией гена ). Все они сгруппированы вместе, выстроен бок о боке по 1,92 megabases ДНК на хромосоме 4. 21 функциональных гены были разделены на два подкласса, основанном на позицию и сходстве последовательностей: 6 периферийного класс А МУП и 15 центрального класс B МУП. Центральный кластер генов Mup класса B сформирован в результате ряда последовательных дупликаций одного из Mup класса A. Поскольку все гены класса B почти идентичны друг другу, исследователи пришли к выводу, что эти дупликации произошли совсем недавно в эволюции мышей. В самом деле, повторяющаяся структура этих центральных генов Mup означает, что они могут быть нестабильными и могут варьировать по количеству среди диких мышей. Mups класса A больше отличаются друг от друга и, следовательно, вероятно, будут более стабильными, старыми генами, но какие функциональные различия, если таковые имеются, неизвестны. Сходство между генами затрудняет изучение региона с использованием современной технологии секвенирования ДНК. Следовательно, кластер генов Mup является одной из немногих частей последовательности полного генома мыши с оставшимися пробелами, и другие гены могут остаться неоткрытыми.
Моча крысы также содержит гомологичные белки мочи; хотя они были первоначально дали другое имя, α2 у - глобулинов, с тех пор они стали известны как МУП крысы. У крыс есть 9 различных генов Mup и еще 13 псевдогенов, сгруппированных вместе на 1,1 мегабазах ДНК на хромосоме 5. Как и у мышей, кластер образован множественными дупликациями. Однако это произошло независимо от дупликаций у мышей, а это означает, что оба вида грызунов расширили свои семейства генов Mup отдельно, но параллельно.
Большинство других изученных млекопитающих, включая свинью, корову, кошку, собаку, детеныша, макаку, шимпанзе и орангутанга, имеют единственный ген Mup. Некоторые, однако, имеют расширенное число: лошади имеют три гена Mup, а лемуры серых мышей - по крайней мере два. Насекомые, рыбы, земноводные, птицы и сумчатые, по- видимому, нарушили синтению в хромосомном положении кластера генов Mup, что позволяет предположить, что семейство генов может быть специфическим для плацентарных млекопитающих. Люди - единственные плацентарные млекопитающие, у которых не обнаружено никаких активных генов Mup; вместо этого у них есть единственный псевдоген Mup, содержащий мутацию, которая вызывает ошибочное совпадение, что делает его дисфункциональным.
Основные белки мочи мыши связывают 2-втор-бутил-4,5-дигидротиазол (SBT), феромон мыши. Бета-ствол образует карман, в котором прочно связана молекула SBT. Структура разрешена из 1MUP. Мупы являются членами большого семейства белков с низким молекулярным весом (~ 19 кДа ), известных как липокалины. Они имеют характерную структуру из восьми бета-листов, расположенных в антипараллельном бета-стволе, открытом с одной стороны, с альфа-спиралями на обоих концах. Следовательно, они образуют характерную форму перчатки, охватывая чашеобразный карман, который связывает небольшие органические химические вещества с высоким сродством. Ряд этих лигандов связываются с мыши МУП, в том числе 2-втор-бутил-4,5-дигидро тиазола (сокращенно SBT или DHT), 6-гидрокси-6-метил-3- гептаноне (HMH) и 2,3 дигидро -экзо-бревикомин (DHB). Все эти химические вещества, специфичные для мочи, действуют как феромоны - молекулярные сигналы, выделяемые одним человеком, которые вызывают врожденную поведенческую реакцию у другого представителя того же вида. Мышиные муфты также действуют как стабилизаторы феромонов, обеспечивая механизм медленного высвобождения, который увеличивает эффективность летучих феромонов в следах запаха мужской мочи. Учитывая разнообразие Mups у грызунов, первоначально считалось, что разные Mups могут иметь связывающие карманы разной формы и, следовательно, связывать разные феромоны. Однако подробные исследования показали, что большинство вариабельных сайтов расположены на поверхности белков и, по-видимому, мало влияют на связывание лиганда.
Rat Mups связывает различные мелкие химические вещества. Наиболее распространенный лиганд представляет собой 1-хлор декан, с 2-метилом-N-фенил - 2-пропенамид, гексадеканно и 2,6,11-триметил декане оказались менее заметными. Крысиные слизи также связывают лимонен- 1,2-эпоксид, что приводит к заболеванию почек хозяина, гиалиново- капельной нефропатии, которая прогрессирует до рака. У других видов это заболевание не развивается, потому что их слизистые не связывают это конкретное химическое вещество. Соответственно, когда трансгенные мыши были сконструированы для экспрессии крысиного Mup, их почки заболели. Mup, обнаруженный у свиней, называемый липокалином слюны (SAL), экспрессируется в слюнных железах самцов, где он прочно связывает андростенон и андростенол, оба феромона, которые заставляют самок свиней принимать положение спаривания.
Калориметрические исследования изотермического титрования, выполненные с Mups и ассоциированными лигандами (пиразины, спирты, тиазолины, 6-гидрокси-6-метил-3-гептанон и N-фенилнафтиламин), выявили необычный феномен связывания. Активный сайт был найден, чтобы быть неоптимально увлажненной, в результате чего связывание лиганда обеспечивается за счет энтальпических дисперсионных сил. Это противоречит большинству других белков, которые проявляют энтропийные связывающие силы в результате реорганизации молекул воды. Этот необычный процесс получил название неклассического гидрофобного эффекта.
Mups в моче мышей C57BL / 6 J анализировали с помощью нативного гель-электрофореза Исследования были направлены на выяснение точной функции Mups в связи с феромонами. Было показано, что белки Mup способствуют половому созреванию и ускоряют цикл течки у самок мышей, вызывая эффекты Ванденберга и Уиттена. Однако в обоих случаях слизистые оболочки должны были быть представлены женщине, растворенной в мужской моче, что указывает на то, что белок требует определенного контекста мочи для функционирования. В 2007 году мупы, обычно обнаруживаемые в моче самцов мышей, были произведены трансгенными бактериями и, следовательно, были созданы без химических веществ, которые они обычно связывают. Было показано, что этих Mup достаточно, чтобы способствовать агрессивному поведению у мужчин, даже при отсутствии мочи. Кроме того, было обнаружено, что слизистые оболочки, созданные в бактериях, активируют обонятельные сенсорные нейроны в вомероназальном органе (VNO), подсистеме носа, которая, как известно, обнаруживает феромоны через определенные сенсорные рецепторы мышей и крыс. Вместе это продемонстрировало, что белки Mup могут действовать как феромоны, независимо от своих лигандов.
Фицуильям Дарси был вдохновением для названия дарцин, Mup, который привлекает самок мышей к мужской моче. В соответствии с ролью в агрессии самцов, взрослые мыши-самцы выделяют в мочу значительно больше Mups, чем самки, молодые особи или кастрированные самцы мышей. Точный механизм, управляющий этим различием между полами, сложен, но, как известно, по крайней мере три гормона - тестостерон, гормон роста и тироксин - положительно влияют на выработку Mups у мышей. Моча диких домашних мышей содержит различные комбинации от четырех до семи различных белков Mup на мышь. Некоторые инбредные линии лабораторных мышей, такие как BALB / c и C57BL / 6, также имеют разные белки, экспрессируемые в моче. Однако, в отличие от диких мышей, разные особи из одного и того же штамма экспрессируют один и тот же белковый паттерн, что является артефактом многих поколений инбридинга. Один необычный Mup менее изменчив, чем другие: он постоянно продуцируется большой долей диких мышей-самцов и почти никогда не обнаруживается в моче самок. Когда этот Mup был приготовлен в бактериях и использован в поведенческих тестах, было обнаружено, что он привлекает самок мышей. Были протестированы и другие Mups, но они не обладали такими же привлекательными качествами, что позволяет предположить, что Mup действует как половой феромон. Ученые назвали этого Mup darcin ( Mup20, Q5FW60 ) в качестве юмористической ссылки на Фицуильяма Дарси, романтического героя из « Гордости и предубеждения». Взятые вместе, сложные образцы производимых Mups потенциально могут предоставить широкий спектр информации о животном-доноре, такой как пол, фертильность, социальное доминирование, возраст, генетическое разнообразие или родство. Дикие мыши (в отличие от лабораторных мышей, которые генетически идентичны и, следовательно, также имеют идентичные образцы Mups в моче) имеют индивидуальные образцы экспрессии Mup в моче, которые действуют как « штрих-код », чтобы однозначно идентифицировать владельца запаховой метки.
У домашней мыши основной кластер генов MUP обеспечивает высокополиморфный ароматический сигнал генетической идентичности. Дикие мыши, свободно размножающиеся в полуестественных вольерах, избегали инбридинга. Это избегание было результатом сильного дефицита успешных спариваний между мышами, имеющими оба гаплотипа MUP (полное совпадение). В другом исследовании с использованием белоногих мышей было обнаружено, что когда мышей, происходящих из диких популяций, были инбредными, выживаемость снижалась, когда таких мышей повторно вводили в естественную среду обитания. Эти данные свидетельствуют о том, что инбридинг снижает приспособленность и что распознавание запаховых сигналов эволюционировало у мышей как средство предотвращения инбридинговой депрессии.
Помимо того, что они служат социальными сигналами между членами одного и того же вида, Mups могут действовать как кайромоны - химические сигналы, передающие информацию между видами. Мыши инстинктивно боятся запаха своих естественных хищников, включая кошек и крыс. Это происходит даже у лабораторных мышей, которые были изолированы от хищников на протяжении сотен поколений. Когда химические сигналы, ответственные за реакцию страха, были очищены из слюны кошки и мочи крысы, были идентифицированы два гомологичных белковых сигнала: Fel d 4 ( аллерген Felis domesticus 4; Q5VFH6 ), продукт гена кошки Mup и Rat n 1 ( Rattus norvegicus аллерген 1; P02761 ), продукт гена Mup13 крысы. Мыши боятся этих мук, даже если они созданы бактериями, но животные-мутанты, которые не могут обнаружить мук, не проявляют страха перед крысами, что демонстрирует их важность в инициировании пугающего поведения. Неизвестно, как именно Mups разных видов инициируют разнородное поведение, но было показано, что Mups мышей и Mups-хищников активируют уникальные паттерны сенсорных нейронов в носу мышей-реципиентов. Это означает, что мышь воспринимает их по-разному, через разные нейронные цепи. Эти рецепторы феромонов, ответственные за обнаружение Mup также неизвестны, хотя считается, что они являются членами рецептора V2R класса.
Трехмерная структура уравнения с 1, показанная в кристаллизованной димерной форме. Структура разрешена с 1EW3. Наряду с другими членами семейства белков липокалина, основные белки мочи могут быть сильными аллергенами для человека. Причина этого не известна; однако молекулярная мимикрия между Mups и структурно подобными липокалинами человека была предложена в качестве возможного объяснения. Белковый продукт генов Mup6 и Mup2 мыши (ранее ошибочно принимаемых за Mup17 из-за сходства между MUP мыши), известный как Mus m 1, Ag1 или MA1, отвечает за большую часть аллергенных свойств мочи мыши. Белок чрезвычайно стабилен в окружающей среде; исследования показали, что 95% домов в центральной части города и 82% домов всех типов в Соединенных Штатах имеют обнаруживаемые уровни по крайней мере в одной комнате. Аналогичным образом, Крыса № 1 является известным аллергеном человека. Исследование, проведенное в США, обнаружило его присутствие в 33% домов в центральной части города, и 21% жителей были сенсибилизированы к аллергену. Воздействие и сенсибилизация к белкам Mup грызунов считается фактором риска детской астмы и основной причиной аллергии на лабораторных животных (LAA) - профессионального заболевания техников и ученых, занимающихся лабораторными животными. Одно исследование показало, что две трети лабораторных работников, у которых развились астматические реакции на животных, имели антитела к Крысе №1.
Гены Mup от других млекопитающих также кодируют аллергенные белки, например, Fel d 4 в основном продуцируется в подчелюстной слюнной железе и откладывается на перхоти, когда кошка ухаживает за собой. Исследование показало, что 63% людей, страдающих аллергией на кошек, имеют антитела против этого белка. Большинство из них имели более высокие титры антител против Fel d 4, чем против Fel d 1, другого известного кошачьего аллергена. Аналогично, Equ C 1 ( Equus Caballus аллергеном 1; Q95182 ) представляет собой белковый продукт лошади MUP гена, который обнаруживается в печени, сублингвального и подчелюстной слюнных желез. Он отвечает примерно за 80% реакции антител у пациентов, которые хронически подвергаются воздействию аллергенов лошади.
В то время как обнаружение слизи, выделяемой другими животными, хорошо изучено, их функциональная роль в животном-продуценте менее ясна. Однако в 2009 году было показано, что Mups связан с регулированием расхода энергии у мышей. Ученые обнаружили, что генетически индуцированные тучные и диабетические мыши производят в тридцать раз меньше РНК Mup, чем их тощие братья и сестры. Когда они доставляли белок Mup непосредственно в кровоток этих мышей, они наблюдали увеличение расхода энергии, физической активности и температуры тела и соответствующее снижение непереносимости глюкозы и инсулинорезистентности. Они предполагают, что благотворное влияние Mups на энергетический обмен происходит за счет усиления митохондриальной функции в скелетных мышцах. Другое исследование показало, что у мышей с ожирением, вызванным диетой, количество шишек уменьшилось. В этом случае присутствие Mups в кровотоке мышей ограничивало выработку глюкозы за счет прямого ингибирования экспрессии генов в печени.
