IZUMO 精卵融合蛋白 1; IZUMO1

精子特异性蛋白 IZUMO
MGC34799

HGNC 批准的基因符号：IZUMO1

细胞遗传学定位：19q13.33 基因组坐标（GRCh38）：19:48,740,852-48,746,909（来自 NCBI）

▼ 说明

精子特异性蛋白“Izumo”以日本一座供奉婚姻的神社命名，对于精卵质膜结合和融合至关重要（Inoue et al., 2005）。

▼ 克隆与表达

Inoue等人（2005）使用抑制融合过程的针对小鼠精子的单克隆抗体，然后进行二维凝胶电泳和免疫印迹，鉴定出一种与小鼠精子融合相关的抗原，他们将其命名为Izumo。通过质谱、RT-PCR 分析睾丸 RNA 和数据库搜索，阐明了 DNA 序列并鉴定了人类同源物（GenBank BC034769）。预测的人类基因编码 Ig 超家族的 350 个氨基酸的 I 型膜蛋白，其中包含具有假定糖基化位点的胞外 Ig 结构域。蛋白质印迹分析在顶体胞吐反应过程后在精子表面检测到 37 kD 蛋白质，但在新鲜精子上未检测到。抗IZUMO多克隆抗体处理抑制与无透明带仓鼠卵的融合，但对照多克隆抗体处理则不然。

Ellerman等人（2009）通过寻找与IZUMO1同源的蛋白质，在人类、小鼠和其他哺乳动物中鉴定出IZUMO2（618895）、IZUMO3（618896）和IZUMO4（618897）。所有 IZUMO 蛋白都具有 8 个保守半胱氨酸的模式和相似的预测二级结构，由半胱氨酸基序之间的 4 个 α 螺旋组成。IZUMO1、IZUMO2 和 IZUMO3 包含跨膜结构域，但 IZUMO4 缺乏跨膜结构域。在哺乳动物中，IZUMO4是最保守的家族成员，而IZUMO1是最不保守的。EST数据库分析表明，与Izumo1一样，小鼠Izumo2和Izumo3的表达仅限于成年睾丸。相比之下，小鼠Izumo4在更广泛的组织中表达，包括睾丸。蛋白质印迹分析检测到成熟小鼠精子上的非磷酸化和磷酸化 Izumo1 蛋白的表观分子质量分别为 56 和 60 kD。Izumo3 检测到 55 和 37 kD 的同工型，Izumo4 检测到 50 和 43 kD 的同工型，可能对应于这两个基因预测的 2 个剪接变体的产物。Izumo4 可能是精子的顶体内蛋白，而 Izumo1 和 Izumo3 在精子头部表达，尽管也可能在精子尾部表达。

▼ 测绘

Gross（2014）根据IZUMO1序列（GenBank BC034769）与基因组序列（GRCh37）的比对，将IZUMO1基因定位到染色体19q13.33。

▼ 生化特征

晶体结构

Aydin et al.（2016）展示了人IZUMO1和JUNO（FOLR4；615737）处于未结合和结合构象。人类 IZUMO1 结构表现出独特的回旋镖形状，并提供了对 IZUMO 蛋白质家族的结构见解。人 IZUMO1 与 JUNO 形成高亲和力复合物，并在与卵表面受体结合后，其 N 末端结构域发生主要构象变化。

Ohto等人（2016）展示了人类IZUMO1、JUNO和IZUMO1-JUNO复合物的晶体结构，为IZUMO1-JUNO介导的精子-卵母细胞相互作用奠定了结构基础。IZUMO1 呈现出细长的杆状结构，由螺旋束 IZUMO 结构域和免疫球蛋白样结构域组成，每个结构域通过保守的二硫键牢固地锚定到插入的 β-发夹区域。IZUMO1 的中心 β-发夹区域为 JUNO 结合提供了主要平台，而位于假定的 JUNO 配体结合袋后面的表面则参与 IZUMO1 结合。基于结构的诱变分析证实了 IZUMO1-JUNO 相互作用的生物学重要性。

▼ 基因功能

Ellerman等人（2009）利用电泳和Western blot分析表明，Izumo1在小鼠精子中形成了几个大的复合物，可能对应于同二聚体、β三聚体和β四聚体。相比之下，Izumo3 和 Izumo4 各自形成单个复合物，可能对应于同型二聚体。进一步分析表明，Izumo1 和 Izumo3 的 N 端 Izumo 结构域负责二聚体的形成，而 Izumo1 跨膜结构域和细胞质尾部之间的区域负责形成更大的复合物。免疫共沉淀分析显示其他精子蛋白与 Izumo1 相关，表明它形成多蛋白膜复合物。

Bianchi et al.（2014）发现Juno（FOLR4; 615737）在受精过程中充当小鼠卵母细胞上的 Izumo1 受体。利用老鼠、猪、负鼠和人类 JUNO 的可溶性胞外域，他们表明 JUNO-IZUMO1 相互作用在哺乳动物中是保守的。动力学分析表明，小鼠 Juno 和 Izumo1 之间的相互作用是高度瞬时的。转染 HEK293 细胞的实验表明，Juno-Izumo1 相互作用对于细胞粘附是必要的，但对于细胞融合来说却不够。针对朱诺的抗体阻断了小鼠卵母细胞的体外受精。受精后，朱诺迅速从卵膜中消失，免疫电子显微镜将朱诺定位于细胞外囊泡，这些囊泡似乎是在受精依赖性卵膜结构变化过程中脱落的微绒毛产生的。Bianchi 等人（2014）得出结论，卵母细胞 JUNO 和精子 IZUMO1 之间的相互作用是受精配子识别步骤所必需的，受精后卵膜中 JUNO 的丢失会阻止精子进一步与卵母细胞结合。

▼ 动物模型

Inoue等人（2005）通过同源重组并删除外显子2至10产生了Izumo缺陷小鼠，并观察到具有可育雌性但不育雄性的健康小鼠具有正常的生殖行为和精子迁移到卵周间隙。体外受精分析证实了出云-/-精子的不育性。杂合子男性的生育能力没有受到损害。使用突变精子的胞浆内单精子注射（ICSI）使卵子成功受精，正常植入并发育至足月。

▼ 进化

Grayson和Civetta（2012）确定，预测的来自斑马鱼、变色蜥蜴和活化石腔棘鱼的出云基因与其哺乳动物对应物是直向同源的，而不是形成外群。作者得出的结论是，IZUMO 基因在哺乳动物多样化之前、很可能在脊椎动物多样化之前就进行了复制。