阴道毛滴虫（Trichomonas vaginalis）C2-XYPPX重复序列蛋白，该蛋白含有一个结构化的C2结构域，在结合钙离子后其柔韧性会降低

《Biochimie》：A Trichomonas vaginalis C2-XYPPX-repeat protein with a structured C2 domain displaying dampened flexibility upon binding calcium

C2结构域在滴虫中的钙结合特性及结构研究。通过X射线晶体学和NMR分析发现Tv-C2-1具有典型的希腊钥匙模体结构，并能特异性结合两个钙离子，提示其与膜结合及蛋白相互作用相关。

　　C2结构域是真核生物中广泛存在的膜结合模块，通常由约130个氨基酸残基组成，常与膜运输或脂质修饰相关的蛋白质相关联。在人类常见的非病毒性性传播病原体——阴道毛滴虫（*Trichomonas vaginalis*）的基因组中，编码了八种含有N端C2结构域和C端XYPPX重复结构域的蛋白质（称为C2-XYPPX结构域）。尽管XYPPX重复结构域的功能尚不清楚，但其与C2结构域的多重关联提示其在该生物中可能具有重要的作用。本文对其中一种C2-XYPPX结构域蛋白——*Tv*-C2-1的C2结构域进行了结构和物理特性分析，采用了X射线晶体学和核磁共振（NMR）光谱技术。

*Tv*-C2-1的晶体结构显示，该结构域与所有C2结构域共享相同的折叠模式，即一种紧凑的希腊键（Greek-key）结构，由八个反平行β链组成，属于类型-2拓扑结构。通过NMR化学位移扰动实验，研究发现*Tv*-C2-1能够结合两个钙离子（Ca2?），主要通过预测的钙结合面上的两个环（loop-1和loop-3）进行结合，其解离常数（Kd）分别为58.0 ± 0.1 μM和232 ± 6 μM。对apo（无钙）状态和Ca2?结合状态下的整体旋转相关时间（τc）的估算表明，钙结合后蛋白质结构变得更加紧凑，这与loop-3的动态减少以及loop-1的微小动态变化（通过胺-15N异核稳态{H}-15N NOE实验得出）一致。*Tv*-C2-1能够结合钙离子并采用紧凑的希腊键结构，这是C2结构域的两个主要特征，这提示我们可能需要进一步研究XYPPX重复结构域的功能。

*Trichomonas vaginalis*是一种主要的厌氧、鞭毛、细胞外寄生原生生物，是导致滴虫病的病原体，可能是全球最常见的非病毒性性传播疾病之一。至今为止，人类是其唯一已知的宿主，主要存在于尿道（男性和女性）、阴唇和阴道等湿润环境中。感染个体通常无症状，但女性比男性更容易表现出症状，如瘙痒、排尿或射精时的灼热感、局部红肿以及恶臭、泡沫状、黄绿色分泌物等。尽管症状通常可以通过单次抗生素治疗得到缓解，但感染与宫颈癌发病率增加、协助HIV感染、不孕以及低出生体重婴儿等健康问题相关。因此，由于*Trichomonas vaginalis*对公共卫生构成重大威胁，深入了解其分子生物学特性变得尤为重要。

*Trichomonas vaginalis*（G3株）的基因组大约为180兆碱基，分布在六个假染色体上，编码了近90,000种候选蛋白。这使得其成为已知最大的蛋白质组之一。然而，由于许多基因在多个同源拷贝中存在，导致了大量的冗余。这种基因家族的大量扩张可能是由于基因重复、基因片段、转座子和假基因等因素造成的。有研究认为，这种“瑞士军刀”式的大基因组策略有助于Trichomonas在不同的环境条件下生存和适应。其中一种具有多个版本的蛋白质是一个由238个氨基酸残基组成的蛋白质，其N端含有已知功能的C2结构域，而C端则含有功能未知的XYPPX重复结构域（XP_001306387.1；*Tv*-C2-XYPPX-1）。*Trichomonas vaginalis*（G3株）的基因组中存在八个基因，这些基因编码了含有N端C2结构域和C端XYPPX重复结构域的蛋白质，其中XYPPX重复结构域包含超过四个XYPPX重复单元（见图S1）。这些蛋白质均不含有分泌信号序列，因此预计为细胞内蛋白。尽管XYPPX重复结构域的功能尚不清楚，但C2结构域在真核生物中非常普遍，通常与参与信号转导或膜运输的蛋白质相关。因此，XYPPX重复结构域可能也具有重要的生化功能。

为了研究*Trichomonas vaginalis*的C2-XYPPX结构域蛋白的结构和功能特性，研究人员对*Tv*-C2-1的N端130个氨基酸残基的C2结构域进行了结构分析，并探讨了其结合钙离子的能力及其动态特性。由于无法在*Escherichia coli*中重组表达可溶性的*Tv*-C2-XYPPX-1蛋白，研究人员转而对*Tv*-C2-1的结构域进行了结构分析，并研究了其结合钙离子的能力及其动态特性。

*Tv*-C2-1的结构在两种不同的形式中被解析出来：Form-1（9BKW）包含一个分子，而Form-2（9BKY）包含三个分子（见表1）。在后者中，模型了24个硫酸盐和两个甘油分子，而在前者中没有观察到盐或额外配体的存在。对这两种晶体形式的PISA分析（见链接）并未发现任何蛋白质-蛋白质相互作用界面。这些结果表明，*Tv*-C2-1的结构在没有钙离子的情况下保持相对独立，而在结合钙离子后，结构变得更加紧密。

研究还指出，尽管C2结构域在许多基本生物功能中起着重要作用，但它们的钙离子结合、蛋白质结合和脂质结合特性仍然难以仅通过其氨基酸序列预测。因此，实验性地对这些结构域进行表征是必要的。本文对*Trichomonas vaginalis*中的C2结构域进行了结构和物理特性分析，为理解该结构域的功能提供了重要的基础。

通过结构分析，研究人员能够更好地理解C2结构域的折叠模式及其与钙离子的相互作用机制。这些发现不仅有助于揭示C2结构域在滴虫病相关蛋白中的作用，还可能为开发针对这种病原体的新疗法提供线索。此外，XYPPX重复结构域的结构和功能研究也具有重要意义，因为其在多种生物过程中的潜在作用尚未被充分认识。

总的来说，本文的研究为理解C2结构域及其与XYPPX重复结构域的相互作用提供了重要的结构和生化数据。这些数据不仅加深了对*Trichomonas vaginalis*分子生物学的认识，还可能对其他相关研究领域产生影响。通过实验手段对这些结构域进行表征，为未来的研究奠定了基础，同时也为公共卫生领域的相关问题提供了新的视角和解决方案。