Введение
Белок млекопитающих, обнаруженный у человека (Homo sapiens). Акрозин — пищеварительный фермент, являющийся протеазой. У человека акрозин кодируется геном ACR. Акрозин высвобождается из акросомы сперматозоидов в результате акросомной реакции. Он способствует проникновению сквозь лучистый венец (zona pellucida).
Acrosin is a digestive enzyme that acts as a protease. In humans, acrosin is encoded by the ACR gene. Acrosin is released from the acrosome of spermatozoa as a consequence of the acrosome reaction. It aids in the penetration of the Zona Pellucida.
Энзимный механизм
Акрозин — типичная серин-протеиназа со специфичностью, подобной трипсину. Реакция протекает в соответствии с обычным механизмом серинпротеаз. Сначала His 57 депротонирует Ser 195, позволяя ему выступать в качестве нуклеофила. Депротонированный Ser 195 затем реагирует с карбонильным углеродом пептида, образуя тетраэдрический интермедиат. Затем тетраэдрический интермедиат распадается, в результате чего отщепляется группа H2N R1, которая протонируется посредством His 57. В завершение, His 57 депротонирует молекулу воды, которая затем может выступать в качестве нуклеофила, аналогично реагируя с карбонильным углеродом. Распад тетраэдрического интермедиата приводит к отщеплению группы Ser 195, которая протонируется посредством His 57, возвращая все остатки в их прекаталитическое состояние и образуя карбоксильную кислоту на месте прежней пептидной связи.
Биологическая функция
Акрозин является основным протеиназой, присутствующим в акросоме зрелых сперматозоидов. Он хранится в акросоме в форме своего предшественника, проакрозина. При стимуляции акросома высвобождает свое содержимое на зону пеллюциду. После этой реакции зимогенная форма протеазы превращается в активную форму, β-акрозин. Активный фермент затем участвует в лизисе зоны пеллюциды, тем самым облегчая проникновение сперматозоида через самые внутренние слои гликопротеинов яйцеклетки. Таким образом, некоторые исследователи полагают, что он способствует рассеиванию акросомального содержимого после акросомальной реакции, в то время как другие приводят доказательства его роли в качестве вторичного связывающего белка между сперматозоидами и зоной пеллюциды. Согласно гипотезе о вторичном связывающем белке, акрозин может участвовать в связывании с молекулами на зоне пеллюциды, закрепляя сперматозоид на яйцеклетке. Это "закрепление" обеспечивает проникновение благодаря двигательной силе сперматозоида. Регуляция акрозина осуществляется посредством ингибитора белка C (PCI). В мужском репродуктивном тракте концентрация PCI в 40 раз выше, чем в плазме крови. Показано, что PCI ингибирует протеолитическую активность акрозина.
Структура
β акрозин демонстрирует высокую степень идентичности последовательности (70–80%) между изоформами кабана, быка, крысы, морской свинки, мыши и человека. S1 карман регулирует специфичность акрозина к субстратам Arg и Lys, при этом консервативный Trp 215 выполняет роль "стража" у входа в связывающий центр. Эта структурная особенность согласуется с гипотезой о вторичном белке связывания, поскольку электростатические взаимодействия стабилизируют комплекс "прикрепления" белка к zona pellucida. Дальнейшим подтверждением этой структурной гипотезы является то, что сурамин – полисульфатированный препарат (обладающий значительным соответствующим отрицательным зарядом) – способен ингибировать связывание сперматозоидов с zona pellucida.
Болезнь и фармацевтическая значимость
В то время как одно исследование с использованием моделей мышей показало, что акрозин не является обязательным компонентом для проникновения сквозь зону пеллюциды, другие исследования на людях выявили связь между низкой активностью акросомальных протеиназ и бесплодием. Другие исследовательские группы продемонстрировали значительную корреляцию между активностью акрозина и подвижностью сперматозоидов. В моделях на кроликах внутривагинальное контрацептивное устройство, секретирующее тетрадецилсульфат натрия – известный ингибитор акрозина и гиалуронидаз – оказывало полный контрацептивный эффект. Хотя точный механизм его действия полностью не выяснен, акрозин таким образом может служить новой мишенью для разработки контрацептивов. Благодаря своему расположению и высокой клеточной специфичности, акрозин может представлять собой уникальную и удобную для воздействия лекарственными средствами мишень. Следовательно, разработка ингибиторов акрозина может стать основой для создания безопасных и обратимых мужских или женских контрацептивов, в том числе с использованием внутривагинальных контрацептивных устройств. Это также указывает на потенциальную роль ингибиторов акрозина в профилактике передачи ВИЧ.