揭示脊椎动物受精过程中的关键蛋白复合物：精子与卵子结合的分子奥秘

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1326次浏览发布时间：2024-10-28 11:18:26

　　受精是有性生殖的基础，它通过精子与卵子的结合完成物种的延续。然而，尽管在生物学研究领域中已揭示出几种在脊椎动物受精过程中起关键作用的蛋白，但其具体的分子机制仍不完全清楚。近期，奥地利维也纳生物中心的研究团队通过一项创新性研究，揭示了在鱼类、人类等脊椎动物中普遍存在的精子与卵子相互识别和结合的保守机制。该研究结果发表于2024年10月17日的《Cell》期刊，提供了关于受精过程的关键分子线索，阐明了脊椎动物受精过程中的锁和钥匙机制。

　　受精过程的分子“锁与钥匙”模型

　　研究表明，受精的核心在于精子和卵子的特异性识别和结合，这种过程可以比喻为“锁和钥匙”关系。根据研究团队的发现，脊椎动物精子表面上的三种蛋白——Izumo1、Spaca6和Tmem81，通过形成一种三聚体复合物，发挥了关键作用。这种复合物类似于一把“钥匙”，能够与卵子上的特定受精蛋白结合，打开通向卵子的通道，从而实现精子附着在卵子上。研究团队在斑马鱼、小鼠以及人类细胞中发现了这一过程的普遍性，揭示了这种机制在脊椎动物进化中的保守性和重要性。

　　蛋白 Tmem81 的关键作用

　　通过AlphaFold多聚体筛选工具，研究人员识别出一种新的蛋白质Tmem81。与已知的受精因子Izumo1和Spaca6结合，Tmem81在形成精子表面的三聚体复合物中扮演了至关重要的角色。该研究团队证明Tmem81在斑马鱼和小鼠的雄性生育能力中不可或缺，并进一步确认了人类同源物之间在体外的相互作用。尤其是在斑马鱼中，三聚体精子复合物的形成为卵子受精因子Bouncer创造了结合位点，为精子-卵子相互识别提供了分子基础。

　　深入理解脊椎动物的受精过程

　　该研究团队提出的精子复合物模型，为人们理解脊椎动物的受精机制提供了新的框架。这种模型指出，在所有脊椎动物中，三聚体复合物作为精子识别卵子的核心机制，直接介导精子和卵子的结合。在鱼类中，该复合物与卵子膜上的Bouncer蛋白相结合，而在哺乳动物中则与JUNO蛋白结合。尽管这两种受体蛋白有所不同，但精子三聚体复合物的形成机制则是高度保守的。

　　科学家发现分子连接的关键：人工智能AlphaFold的应用

　　在该研究中，研究团队通过与国际合作者合作，并利用了谷歌DeepMind的人工智能工具AlphaFold的多聚体预测功能，成功找到了新的分子连接机制。AlphaFold是一种利用深度学习进行蛋白质结构预测的工具，能够帮助研究人员快速预测出蛋白质的三维结构及其可能的相互作用方式。通过这一工具，团队找到了以前未知的蛋白Tmem81，并揭示了其在精子与卵子结合中的作用，从而实现了精子和卵子之间的分子连接。研究表明，Izumo1、Spaca6和Tmem81共同组成的复合物，在精子和卵子识别的过程中起到了不可替代的作用。

　　未解之谜：精子如何进入卵子

　　尽管该研究为精子与卵子的初步结合提供了分子基础，但精子在附着卵子后如何完成进入过程依然是未知领域。Pauli表示，精子进入卵子的过程或许涉及一系列更加复杂的分子机制，他们计划在后续研究中进一步探索这一问题。揭示这些分子过程不仅有助于理解脊椎动物的受精机制，还可能为不孕症的治疗和避孕措施的开发提供新思路。

　　研究的潜在应用：不孕症和避孕新策略

　　这项研究的发现不仅推动了基础科学的进步，还有望在临床医学上带来应用。首先，揭示精子与卵子结合的分子机制有助于科学家更好地了解不孕症的成因，特别是那些由精子或卵子表面蛋白异常导致的受精障碍。此外，这一发现为开发新型避孕方法提供了新靶标。现有避孕手段多集中于女性，而此研究为男性避孕药的研发提供了重要参考。通过阻断精子复合物中某些关键蛋白的作用，或许能够实现有效的男性避孕。美国明尼苏达大学的遗传学和细胞生物学专家David Greenstein指出，这项研究中的发现为男性避孕药的开发提供了重要线索。

　　总结与展望

　　奥地利维也纳生物中心的研究团队通过创新性的蛋白识别和结合研究，揭示了脊椎动物受精过程中的“锁和钥匙”机制。精子表面的三聚体复合物Izumo1、Spaca6和Tmem81是精子与卵子结合的关键，这一过程不仅在脊椎动物中具有高度保守性，还展示了受精机制的复杂性。研究中，团队利用人工智能工具AlphaFold揭示了蛋白Tmem81的作用，为精子与卵子结合提供了分子基础。

　　该研究为理解不孕症及开发新型避孕方法提供了新的方向，也为科学家进一步探究受精机制的未解之谜铺平了道路。随着未来研究的深入，这一受精机制有望进一步揭示精子进入卵子的分子路径，从而为生殖医学提供更多的潜在应用。

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