Affordable Access

Interactions of the Human Recombinant Proteins JUNO and IZUMO1 / Interaktioner mellan de mänskliga, rekombinanta proteinerna JUNO och IZUMO1

Authors
  • Lundell, Emma
Publication Date
Jan 01, 2020
Source
DiVA - Academic Archive On-line
Keywords
Language
English
License
Green
External links

Abstract

Det uppskattas att 15% av alla par världen över lider avinfertilitet. Ungefär hälften beror på manlig infertilitet och 40% av dessa fall kan ännu inte förklaras. Därmed är nuvarande metoder för att diagnostisera manlig infertilitet otillräckliga och ytterligare tekniker behövs. En lyckad befruktning kräver att spermierna uttrycker membranproteinet Izumo1 som måste känna igen dess receptorprotein Juno, belägen vid ytan av äggmembranet. Bindningen mellan Juno och Izumo1 är essentiell för befruktning hos däggdjur då den bidrar till att gameternabinder och skapar en ny distinkt organism. Juno är ett relativt nyupptäckt protein och mekanismen med Izumo1 är fortfarande okänd. Ett nystartat företag vid namn Spermosens vill mäta interaktionen mellan Juno ochIzumo1 i ett nytt diagnostikverktyg som ska diagnostisera manlig infertilitet. Tanken är att Juno ska immobiliseras på guld-nanopartiklar och användas för att mätainteraktionen med spermaprover. Det nya verktyget ska hjälpa par att fastställa felet i befruktningen, vilket som en följd skulle hjälpa paret att välja lämplig assisteradreproduktionsmetod. I utvecklingen av det nya diagnostikverktyget behöver det konfirmeras att den Juno som används i enheten kan binda korrekt till mänskligt Izumo1. Därför måste interaktionerna mellan de mänskliga, rekombinanta proteinerna Juno och Izumo1 mätas och karakteriseras. Syftet med detta projekt var att utveckla en metod för att immobilisera Juno på guldnanopartiklar och sedan mäta interaktionerna med Izumo1 genom UV-Visspektroskopi. Detta är teoretiskt möjligt eftersom guld-nanopartiklarna framkallar ett fenomen som kallas lokaliserad ytplasmonresonans som varierar beroende påstorleken på guld-nanopartikelkomplexet. Immobiliseringsmetoden var en process som involverade flera steg som designades, polerades och förbättrades underarbetets gång. Dithiobis(C2-NTA) konjugerades till guldytan och koboltjonerkonjugerades till NTA. Det sista steget som innebar konjugering av Juno till kobolt genom en His-tag lyckades inte, och interaktionerna kunde därför inte mätas genom denna metod. Istället mättes protein-protein-interaktionen genom SPR-mätningar med Biacore, ett instrument som också är baserat på ytplasmonresonans. Interaktioner mellan Izumo1 och Juno kunde uppmätas både vid användning av Juno producerad från E. coli ochfrån däggdjursceller. Dissociationskonstanten (Kd) beräknades till 7-33 nM (för Junooch Izumo1 producerade i däggdjursceller) vilket kan jämföras med ett experimentfrån 2016 där 48 nM beräknades. Ett mer exakt Kd kunde inte fastställas och entrolig anledning till detta var att regenereringen av sensorytan som utfördes med NaOH varierade i effektivitet, vilket ledde till en osäkerhet då ytförhållandena kan ha varierat mellan mätningarna. De två Juno-proteinerna, som är producerade i olika organismer, visade två skilda affinitetsprofiler med Izumo1 vilket tyder på att glykosyleringen påverkar bindningsmekanismen mellan Juno och Izumo1. / It is estimated that 15% of all couples worldwide suffer from infertility. Roughly half is male-factor infertility and 40% of these cases cannot be explained. Thus, current methods for diagnosing male infertility are not enough and further techniques are needed. To have a successful fertilisation event, it is required that the sperm expresses membrane surface-protein Izumo1 which must recognise its counterpart protein Juno, located at the surface of the egg membrane. The recognition step between Juno and Izumo1 is essential in mammalian fertilisation for the gametes to bind and start the creation of a new distinct organism, but the molecular mechanism is still unknown.A start-up company named Spermosens want to measure the Juno-Izumo1 interaction in a new diagnostic device designed to diagnose male infertility. The idea is to have Juno immobilised on gold nanoparticles and measure the interaction between Juno and various semen samples. The new device is supposed to help couples pin-point the procreation issue which would help in the selection of suitable assisted reproductive technology. In the development of the new device, it had to be established that the Juno used in the device will bind correctly to human Izumo1. Therefore, the interactions between the human recombinant proteins Juno and Izumo1 had to be measured and characterized.The objectives of this project were to develop a method to immobilise Juno on gold nanoparticles and then measure the interactions with Izumo1 using UV-vis spectroscopy. This is theoretically possible since the gold nanoparticles exhibit a phenomenon called localized surface plasmon resonance that vary depending on the size of the gold nanoparticle-complex. The immobilisation procedure was a process involving several steps that were designed, polished and improved along the way. Dithiobis(C2-NTA) was conjugated to the gold surface and a cobalt ion was conjugated to the NTA. The last step involving conjugation of Juno to the cobalt through a His-tag was not succeeded, and the interactions could therefore not be measured this way.Instead, the protein-protein interaction was measured through SPR-measurements using Biacore, an instrument that is based on surface plasmon resonance as well. Interactions between Izumo1 and Juno could be detected using Juno produced in E. coli and in mammalian cells. The dissociation constant (Kd) could be calculated to 7-33 nM which can be compared to a previously published Kd of 48 nM. A more precise Kd could not be established, possibly due to that the regeneration of the sensor surface with NaOH varied in efficiency, leading to changing surface conditions during the measurements. The two Juno proteins, that were produced in different hosts, showed two different affinity profiles with Izumo1, which contributes to the suggestion that the glycosylation plays a role in the binding mechanism between Juno and Izumo1.

Report this publication

Statistics

Seen <100 times