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脊椎动物生殖蛋白的结构域扩展和功能多样化

Domain Expansion and Functional Diversification in Vertebrate Reproductive Proteins.

机构信息

Department of Genome Sciences, University of Washington, Seattle, WA, USA.

Department of Biomedical Informatics, The Ohio State University, Columbus, OH, USA.

出版信息

Mol Biol Evol. 2022 May 3;39(5). doi: 10.1093/molbev/msac105.

DOI:10.1093/molbev/msac105
PMID:35587583
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9154058/
Abstract

The rapid evolution of fertilization proteins has generated remarkable diversity in molecular structure and function. Glycoproteins of vertebrate egg coats contain multiple zona pellucida (ZP)-N domains (1-6 copies) that facilitate multiple reproductive functions, including species-specific sperm recognition. In this report, we integrate phylogenetics and machine learning to investigate how ZP-N domains diversify in structure and function. The most C-terminal ZP-N domain of each paralog is associated with another domain type (ZP-C), which together form a "ZP module." All modular ZP-N domains are phylogenetically distinct from nonmodular or free ZP-N domains. Machine learning-based classification identifies eight residues that form a stabilizing network in modular ZP-N domains that is absent in free domains. Positive selection is identified in some free ZP-N domains. Our findings support that strong purifying selection has conserved an essential structural core in modular ZP-N domains, with the relaxation of this structural constraint allowing free N-terminal domains to functionally diversify.

摘要

受精蛋白的快速进化产生了分子结构和功能的显著多样性。脊椎动物卵壳的糖蛋白含有多个透明带(ZP)-N 结构域(1-6 个拷贝),有助于多种生殖功能,包括种特异性精子识别。在本报告中,我们整合系统发生学和机器学习来研究 ZP-N 结构域如何在结构和功能上多样化。每个同源物的最 C 末端 ZP-N 结构域与另一种结构域类型(ZP-C)相关联,它们共同形成“ZP 模块”。所有模块化 ZP-N 结构域在系统发生上与非模块化或游离的 ZP-N 结构域不同。基于机器学习的分类确定了八个残基,这些残基在模块化 ZP-N 结构域中形成一个稳定的网络,而在游离结构域中不存在该网络。一些游离的 ZP-N 结构域中存在正选择。我们的发现支持这样的观点,即强烈的净化选择保守了模块化 ZP-N 结构域中一个重要的结构核心,而这种结构约束的放松允许游离的 N 端结构域在功能上多样化。

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