Cell 揭秘：生命起始的關(guān)鍵，精子如何識(shí)別卵子？

瑞典 Karolinska 研究所的研究人員獲得了*受精開始時(shí)，精子蛋白附著在卵細(xì)胞外膜蛋白上的 3D 快照。該研究揭示了在軟體動(dòng)物和哺乳動(dòng)物中，與精子相互作用的普通卵細(xì)胞蛋白結(jié)構(gòu)。相關(guān)文章 6 月 15 日發(fā)表在 Cell 上。

通過將遺傳信息傳遞給下一代并標(biāo)志著新生命的開始——受精過程中雌配子與雄性配子之間的相遇是生物學(xué)中zui基本的過程之一。雖然卵子和精子zui早在幾百年前就觀察到了，但精子是如何識(shí)別卵子外殼并穿透卵子，至今仍不為人知。

哺乳動(dòng)物和軟體動(dòng)物與精子作用的卵子外殼蛋白三維結(jié)構(gòu)相似

利用歐洲同步輻射裝置（ESRF）收集的 X 射線晶體學(xué)數(shù)據(jù)，Luca Jovine 的研究小組在 Karolinska 研究所首先將兩個(gè)與精子作用區(qū)域的卵子外殼蛋白可視化：哺乳動(dòng)物（包括人類）中的 ZP2 和海洋軟體動(dòng)物鮑魚（經(jīng)典的無脊椎動(dòng)物受精模型）中的 VERL。這兩個(gè)分子都含有在配子識(shí)別中起關(guān)鍵作用的重復(fù)序列（如上圖）。

通訊作者，Karolinska 研究所結(jié)構(gòu)生物學(xué)系的 Luca Jovine 教授說：“哺乳動(dòng)物和軟體動(dòng)物被認(rèn)為是經(jīng)過 6 億年的進(jìn)化而分離出來的，它們的精子受體蛋白在序列上幾乎*不同。然而，對(duì)結(jié)構(gòu)的比較表明 ZP2 和 VERL 重復(fù)著共同的三維結(jié)構(gòu)。”

結(jié)構(gòu)提示了配子識(shí)別是被認(rèn)為的鎖和鑰匙機(jī)制

隨后，研究小組確定結(jié)合到 lysin（鮑魚精子中 VERL 對(duì)應(yīng)蛋白）上不同的 VERL 重復(fù)的晶體結(jié)構(gòu)。這對(duì)于配子在受精初期如何以種特異性的方式識(shí)別彼此，給出了一個(gè)的觀點(diǎn)。

Jovine 教授說：“鮑魚是我們本研究的系統(tǒng)，因?yàn)樗峭绰炎油鈿さ鞍缀途拥鞍锥家阎纳贁?shù)生物之一。此外，不同品種的鮑魚都在大海產(chǎn)卵，盡管它們棲息地和繁殖季節(jié)重疊，但是很少發(fā)生雜交。”

如上圖所示，VERL-lysin 復(fù)合物的結(jié)構(gòu)也提示了 lysin 怎樣溶開一個(gè)孔進(jìn)入卵的外殼，允許精子注入卵子。

Jovine 教授總結(jié)：“一百多年前，配子識(shí)別首先被認(rèn)為是一種鎖和鑰匙機(jī)制。我們的研究提供了*個(gè)例子，這是在受精剛開始就實(shí)現(xiàn)了的。”

參考資料

Structural Basis of Egg Coat-Sperm Recognition at Fertilization

3-D images show how sperm binds to the egg surface