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Skeletal Muscle Gender Dimorphism from Proteomics

Gross contraction in skeletal muscle is primarily determined by a relatively small number of contractile proteins, however this tissue is also remarkably ...

Native disulfide bond formation in eukaryotes is dependent on protein-disulfide isomerase (PDI) and its homologs, which contain varying combinations of catalytically active and inactive thioredoxin domains. However, the specific contribution of PDI to the formation of new disulfides versus reduction/rearrangement of non-native disulfides is poorly understood. We analyzed the role of individual PDI domains in disulfide bond formation in a reaction driven by their natural oxidant, Ero1p. We found that Ero1p oxidizes the isolated PDI catalytic thioredoxin domains, A and A' at the same rate. In contrast, we found that in the context of full-length PDI, there is an asymmetry in the rate of oxidation of the two active sites. This asymmetry is the result of a dual effect: an enhanced rate of oxidation of the second catalytic (A') domain and the substrate-mediated inhibition of oxidation of the first catalytic (A) domain. The specific order of thioredoxin domains in PDI is important in establishing the asymmetry in the rate of oxidation of the two active sites thus allowing A and A', two thioredoxin domains that are similar in sequence and structure, to serve opposing functional roles as a disulfide isomerase and disulfide oxidase, respectively. These findings reveal how native disulfide folding is accomplished in the endoplasmic reticulum and provide a context for understanding the proliferation of PDI homologs with combinatorial arrangements of thioredoxin domains.

Domain architecture of protein-disulfide isomerase facilitates its dual role as an oxidase and an isomerase in Ero1p-mediated disulfide formation.

Native Disulfid-Bond-Formation in Eukaryoten ist abh&auml;ngig von Protein-Disulfid-Isomerase (PDI) und seine UCP1, die verschiedene Kombinationen von katalytisch aktiven und inaktiven Thioredoxin-Dom&auml;nen enthalten. Allerdings ist der spezifische Beitrag der PDI zur Bildung des neuen Disulfiden gegen Reduktion/Umlagerung von Drittprogrammen Disulfiden schlecht verstanden. Wir analysierten die Rolle der einzelnen PDI-Dom&auml;nen in Disulfid-Bond-Formation in einer Reaktion, die angetrieben durch ihre nat&uuml;rliche Oxidationsmittel, Ero1p. Wir fanden, dass Ero1p die isolierten PDI katalytische Thioredoxin Dom&auml;nen, A und A oxidiert &#39; mit der gleichen Geschwindigkeit. Im Gegensatz dazu fanden wir, dass im Rahmen der in PDI, gibt es eine Asymmetrie in der Oxidation von den beiden Standorten aktiv. Diese Asymmetrie ist das Ergebnis eine doppelte Wirkung: eine erh&ouml;hte Rate von der zweiten katalytischen Oxidation (A&#39;) Dom&auml;ne und die Substrat-vermittelte Hemmung der Oxidation von der ersten katalytischen (A) Dom&auml;ne. Die spezifische Reihenfolge der Thioredoxin Domains in PDI ist wichtig bei der Festlegung der Asymmetrie in der Rate der Oxidation von den zwei aktiven Websites, so dass A und A&#39;, zwei Thioredoxin-Dom&auml;nen, die in Reihenfolge und Struktur, dienen der gegnerischen Funktionsrollen als Disulfid-Isomerase und Disulfid-Oxydase, bzw. &auml;hneln. Diese Ergebnisse zeigen, wie systemeigene Disulfid-Faltung erfolgt in dem Endoplasmatischen Retikulum und bieten einen Kontext f&uuml;r das Verst&auml;ndnis der Verbreitung von PDI UCP1 mit kombinatorischer Arrangements von Thioredoxin-Domains.

Dom&auml;nenarchitektur des Protein-Disulfid-Isomerase erleichtert seine Doppelrolle als eine Oxydase und eine Isomerase in Ero1p-vermittelte Disulfid-Formation.

Skeletal muscle is a plastic tissue with known gender dimorphism, especially at the metabolic level. A proteomic comparison of male and female murine biceps brachii was undertaken, resolving an average of 600 protein spots of MW 15-150 kDa and pI 5-8. Twenty-six unique full-length proteins spanning 11 KOG groups demonstrated statistically significant (p<0.05) abundance differences between genders; the majority of these proteins have metabolic functions. Identified glycolytic enzymes demonstrated decreased abundance in females, while abundance differences in identified oxidative phosphorylation enzymes were specific to the proteins rather than to the functional group as a whole. Certain cytoskeletal and stress proteins showed specific expression differences, and all three phosphorylation states of creatine kinase showed significant decreased abundance in females. Expression differences were significant but many were subtle (< or = 2-fold), and known hormonally-regulated proteins were not identified. We conclude that while gender dimorphism is present in non-exercised murine skeletal muscle, the proteome comparison of male and female biceps brachii in exercise-naive mice indicates subtle differences rather than a large or obviously hormonal dimorphism.

Gender dimorphism in the exercise-naÃ¯ve murine skeletal muscle proteome.

Skelettmuskulatur ist ein Kunststoff-Gewebe mit bekannten Geschlecht Dimorphie, insbesondere auf metabolischer Ebene. Proteomic Vergleich der m&auml;nnlichen und weiblichen murinen Biceps Brachii wurde unternommen, Aufl&ouml;sen von durchschnittlich 600 Proteinspot MW 15-150 kDa und pI 5-8. Sechsundzwanzig einzigartig in Proteine &uuml;ber 11 KOG-Gruppen zeigte statistisch signifikante (p &lt; 0,05) F&uuml;lle Unterschiede zwischen den Geschlechtern; die meisten dieser Proteine haben Stoffwechselfunktionen. Identifizierten Glykolytische Enzyme nachgewiesen F&uuml;lle in Frauen, zur&uuml;ckgegangen, w&auml;hrend F&uuml;lle Unterschiede der identifizierten Oxidative Phosphorylierung Enzyme bestimmte waren auf die Proteine statt auf der funktionellen Gruppe als Ganzes. Bestimmten Zytoskelett und Stress-Proteine zeigte spezifischen Ausdruck Unterschiede, und alle drei Staaten der Phosphorylierung der Kreatin-Kinase zeigte deutliche verringerte H&auml;ufigkeit bei Frauen. Ausdruck Unterschiede waren signifikant, aber viele waren subtile (&lt; oder = 2-fach), und hormonell regulierten Proteine wurden nicht bekannt. Wir schlie&szlig;en, dass der Proteom-Vergleich der m&auml;nnlichen und weiblichen Biceps Brachii in &Uuml;bung-Naive M&auml;use w&auml;hrend Geschlecht Dimorphie in murinen Skelettmuskulatur nicht ausge&uuml;bt ist, feine Unterschiede, anstatt eine gro&szlig;e oder offensichtlich hormonellen Dimorphie kennzeichnet.

Article	Year
Domain architecture of protein-disulfide isomerase facilitates its dual role as an oxidase and an isomerase in Ero1p-mediated disulfide formation. The Journal of biological chemistry\| PubMed ID: 16368681	2006
Gender dimorphism in the exercise-naÃ¯ve murine skeletal muscle proteome. Cellular & molecular biology letters\| PubMed ID: 20563704	2010

Mohini Kulp

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